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在C#中从Keras.NET开始——训练您的第一个模型

寒冰屋 发布时间:2020-12-26 21:40:49 ,浏览量:0

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介绍

背景

使用代码

兴趣点

介绍

由于机器学习已变得非常流行,因此使用Keras和/或后端Tensorflow这样的开源SDK,Python语言也再次变得流行(与预测相反,Python将在未来五年内消失)。作为.NET环境的研究工程师,它给我带来了很多问题,我在那里使用Python,而我的主要重点是C#。当然,您可以以某种方式将Python代码嵌入到您的应用程序中(即,在.NET应用程序中运行Python脚本),但这并没有使它变得更好。

我认为,另一个解决方案是使用IronPython,这是一个可以直接运行Python代码的SDK,但是

  1. 它仍在使用Python 2.7(在2020年终止支持),并且对Python 3的支持发音类似于“请勿使用!”,好吧...
  2. 它不支持numpy之类的许多其他软件包,这对于进行机器学习是必不可少的
  3. 解决所有这些问题非常困难...只是不要将其用于此类目的。

因此,我开始研究新的解决方案,以及如何避免在.NET Core应用程序中使用其他Python环境(在应用程序启动时必须额外使用这些环境),并了解Keras.NET(https://github.com/SciSharp/Keras.NET)。明确地说,我不在乎SDK是否使用Python嵌入式,但是我不想用Python编写我的机器学习原型,所以这是改变游戏规则的地方。

背景

Keras.NET的文档非常简短,如果您需要进一步的知识,可以将它们链接到原始Keras文档。这对于理解此框架的工作方式非常有用。但是要弄清楚SDK如何在C#中工作是很痛苦的。

这里是文档链接:https : //scisharp.github.io/Keras.NET/请查看先决条件(在此前提下,您还必须安装Python)。

在这里,您将找到API文档:https : //scisharp.github.io/Keras.NET/api/index.html

要了解此处发生的情况,您需要了解Keras的工作方式、密集层、时代等的用途。

使用代码

Arnaldo  P.Castaño的文章启发了我展示使用现有数据集的第二个示例以及如何使用Keras.NET进行训练。因此,这是有关使用Keras.NET与使用Keras(在Python中)看到一些区别的信息,也许有人会发现这非常有用。

首先,您将需要Nuget Keras.NET。在Visual Studio中使用程序包管理器,它类似于:

PM> Install-Package Keras.NET -Version 3.8.4.4

除此之外,您将需要使用Windows CLI或Powershell中的pip安装程序来安装Keras和Tensorflow for Python:

pip install keras

pip install tensorflow

它必须在Windows-CLI中看起来像:

C:\Users\YOURNAME>pip install keras

如果您对pip安装程序有疑问,请检查是否已将Python设置为系统环境。安装屏幕底部有一个复选框,称为“将Python添加到PATH”,这非常重要。

如果这样做没有帮助,则您可能必须自行设置路径(互联网上有“操作方法”,如何修复pip的提示音,一旦解决了此问题,就可以确定Python设置正确) 。

最后,您将需要训练和测试集:https : //github.com/zalandoresearch/fashion-mnist#get-the-data。

首先,我将数据存储在本地并解压缩,因为我不想为解压缩而创建其他功能(这实际上并不难实现,但我想在此重点关注)。这只是一个数据。使用下面的代码(并调用该openDatas 函数,您将需要解压缩该文件,否则该函数将无法读取数据。请放置四个数据(2x图像,2x标签...训练并测试)。

其次,我在API-Doc中指出,已经实现了直接加载数据的函数,请参见:https : //scisharp.github.io/Keras.NET/api/Keras.Datasets.FashionMNIST.html

所以我们开始:为了进一步的目的,运行模型的第一次训练。

我的.NET-Core的入口点非常简单。我为训练做了一个类(KerasClass),只需从Main函数中调用它们即可:

using System;

namespace Keras.net_and_fashion_mnist
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            KerasClass keras = new KerasClass();
            keras.TrainModel();
        }        
    }
}

KerasClass是更加有趣的:

using Keras.Datasets;
using Keras.Layers;
using Keras.Models;
using Keras.Utils;
using Numpy;
using System;
using System.IO;
using System.Linq;

namespace Keras.net_and_fashion_mnist
{
    class KerasClass
    {
        public void TrainModel()
        {

            int batch_size = 1000;   //Size of the batches per epoch
            int num_classes = 10;    //We got 10 outputs since 
                                     //we can predict 10 different labels seen on the 
                    //dataset: https://github.com/zalandoresearch/fashion-mnist#labels
            int epochs = 30;         //Amount on trainingperiods, 
                                     //I figure it out that the maximum is something about 
                                     //700 epochs, after this it won't increase the 
                                     //accuracy siginificantly

            // input image dimensions
            int img_rows = 28, img_cols = 28;

            // the data, split between train and test sets
            var ((x_train, y_train), (x_test, y_test)) = 
                                      FashionMNIST.LoadData(); // Load the datasets from 
                                      // fashion MNIST, Keras.Net implement this directly

            x_train.reshape(-1, img_rows, img_cols).astype(np.float32); //ByteArray needs 
                                      //to be reshaped to fit the dimmensions of the y arrays

            y_train = Util.ToCategorical(y_train, num_classes); //here, you modify the 
                                                                //forecast data to 10 outputs
                                                                //as we have 10 different 
                                                                //labels to predict (see the 
                                                                //Labels on the Dataset)
            y_test = Util.ToCategorical(y_test, num_classes);   //same for the test data 
                                                                //[hint: you can change this 
                                                                //in example you want to 
                                                                //make just a binary 
                                                                //crossentropy as you just 
                                                                //want to figure, i.e., if 
                                                                //this is a angleboot or not

            var model = new Sequential();

            model.Add(new Dense(100, 784, "sigmoid")); //hidden dense layer, with 100 neurons, 
                                                       //you have 28*28 pixel which make 
                                                       //784 'inputs', and sigmoid function 
                                                       //as activationfunction
            model.Add(new Dense(10, null, "sigmoid")); //Ouputlayer with 10 outputs,...
            model.Compile(optimizer: "sgd", loss: "categorical_crossentropy", 
                metrics: new string[] { "accuracy" }); //we have a crossentropy as prediction 
                                                       //and want to see as well the 
                                                       //accuracy metric.

            var X_train = x_train.reshape(60000, 784); //this is actually very important. 
                                                       //C# works with pointers, 
                                                       //so if you have to reshape (again) 
                                                       //the function for the correct 
                                                       //processing, you need to write this 
                                                       //to a different var
            var X_test = x_test.reshape(10000, 784);

            model.Fit(X_train, y_train, batch_size, epochs, 1); //now, we set the data to 
                                                                //the model with all the 
                                                                //arguments (x and y data, 
                                                                //batch size...the '1' is 
                                                                //just verbose=1

            Console.WriteLine("---------------------");
            Console.WriteLine(X_train.shape);
            Console.WriteLine(X_test.shape);
            Console.WriteLine(y_train[0]);
            Console.WriteLine(y_train[1]);       //some outputs...you can play with them
            
            var y_train_pred = model.Predict(X_train);       //prediction on the train data
            Console.WriteLine(y_train_pred);

            model.Evaluate(X_test.reshape(-1, 784), y_test); //-1 tells the code that 
                                                             //it can figure out the size of 
                                                             //the array by itself
        }

        private byte[] openDatas(string path, int skip)      //just the open Data function. 
                                                             //As I mentioned, I did not work 
                                                             //with unzip stuff, you have 
                                                             //to unzip the data before 
                                                             //by yourself
        {
            var file = File.ReadAllBytes(path).Skip(skip).ToArray();
            return file;
        }

        //Hint: First, I was working by opening the data locally and 
        //I wanted to figure it out how to present data to the arrays. 
        //So you can use something like this and call this within the TrainModel() function:
        //x_train = openDatas(@"PATH\OF\YOUR\DATAS\train-images-idx3-ubyte", 16);
        //y_train = openDatas(@"PATH\OF\YOUR\DATAS\train-labels-idx1-ubyte", 8);
        //x_test = openDatas(@"PATH\OF\YOUR\DATAS\t10k-images-idx3-ubyte", 16);
        //y_test = openDatas(@"PATH\OF\YOUR\DATAS\t10k-labels-idx1-ubyte", 8);
    }
}
兴趣点

使用此代码将对您自己的模型进行首次培训。对我来说,这是我进入Keras.NET的第一步,我想分享这一点,因为Keras.NET的例子并不多。也许您可以将其用于您的目的。

https://www.codeproject.com/Articles/5286497/Starting-with-Keras-NET-in-Csharp-Train-Your-First

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