如何在损失函数中使用模型输入？

Question

我正在尝试使用自定义损失函数，该函数依赖于模型没有的一些参数。

该模型有两个输入（mel_specs 和 pred_inp）并期望一个 labels 张量用于训练：

def to_keras_example(example):
    # Preparing inputs
    return (mel_specs, pred_inp), labels

# Is a tf.train.Dataset for model.fit(train_data, ...)
train_data = load_dataset(fp, 'train).map(to_keras_example).repeat()

在我的损失函数中，我需要计算mel_specs 和pred_inp 的长度。这意味着我的损失看起来像这样：

def rnnt_loss_wrapper(y_true, y_pred, mel_specs_inputs_):
    input_lengths = get_padded_length(mel_specs_inputs_[:, :, 0])
    label_lengths = get_padded_length(y_true)
    return rnnt_loss(
        acts=y_pred,
        labels=tf.cast(y_true, dtype=tf.int32),
        input_lengths=input_lengths,
        label_lengths=label_lengths
    )

但是，无论我选择哪种方法，我都面临一些问题。

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选项1）在model.compile()中设置损失函数

如果我真的包装了损失函数 s.t.它返回一个接受y_true 和y_pred 的函数，如下所示：

def rnnt_loss_wrapper(mel_specs_inputs_):
    def inner_(y_true, y_pred):
        input_lengths = get_padded_length(mel_specs_inputs_[:, :, 0])
        label_lengths = get_padded_length(y_true)
        return rnnt_loss(
            acts=y_pred,
            labels=tf.cast(y_true, dtype=tf.int32),
            input_lengths=input_lengths,
            label_lengths=label_lengths
        )
    return inner_

model = create_model(hparams)
model.compile(
    optimizer=optimizer,
    loss=rnnt_loss_wrapper(model.inputs[0]
)

在这里我在调用model.fit() 后得到一个_SymbolicException：

tensorflow.python.eager.core._SymbolicException: Inputs to eager execution function cannot be Keras symbolic tensors, but found [...]

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选项 2) 使用 model.add_loss()

add_loss() 的文档指出：

[Adds a..] loss tensor(s), potentially dependent on layer inputs.
..
Arguments:
  losses: Loss tensor, or list/tuple of tensors. Rather than tensors, losses
    may also be zero-argument callables which create a loss tensor.
  inputs: Ignored when executing eagerly. If anything ...

所以我尝试执行以下操作：

def rnnt_loss_wrapper(y_true, y_pred, mel_specs_inputs_):
    input_lengths = get_padded_length(mel_specs_inputs_[:, :, 0])
    label_lengths = get_padded_length(y_true)
    return rnnt_loss(
        acts=y_pred,
        labels=tf.cast(y_true, dtype=tf.int32),
        input_lengths=input_lengths,
        label_lengths=label_lengths
    )

model = create_model(hparams)
model.add_loss(
    rnnt_loss_wrapper(
        y_true=model.inputs[2],
        y_pred=model.outputs[0],
        mel_specs_inputs_=model.inputs[0],
    ),
    inputs=True
)
model.compile(
    optimizer=optimizer
)

但是，调用 model.fit() 会引发 ValueError：

ValueError: No gradients provided for any variable: [...]

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以上任何选项都应该起作用吗？

Answer 1

我使用的add_loss方法如下：

def custom_loss(y_true, y_pred, input_):
# custom loss function
    y_estim = input_[...,0]*y_pred
    shape = tf.cast(tf.shape(y_true)[1], dtype='float32')
    return tf.reduce_mean(1/shape*tf.reduce_sum(tf.pow(y_true-y_estim, 2), axis=1))


mix_input = layers.Input(shape=(301, 257, 4)) # input 1
ref_input = layers.Input(shape=(301, 257, 1)) # input 2
target = layers.Input(shape=(301, 257))       # output target

smss_model = Model(inputs=[mix_input, ref_input], outputs=smss) # my model that accept two inputs

model = Model(inputs=[mix_input, ref_input, target], outputs=smss) # this one used just to train the model, with the additional paramters
model.add_loss(custom_loss(target, smss, mix_input)) # the add_loss where to pass the custom loss function
model.summary()

model.compile(loss=None, optimizer='sgd')
model.fit([mix, ref, y], epochs=1, batch_size=1, verbose=1)

即使我使用过这种方法并且有效，我仍在寻找另一种方法，不涉及创建训练模型

Answer 2

使用 lambda 函数有效吗？ (https://www.w3schools.com/python/python_lambda.asp)

loss = lambda x1, x2: rnnt_loss(x1, x2, acts, labels, input_lengths,
                                label_lengths, blank_label=0)

这样你的损失函数应该是一个接受参数x1和x2的函数，但是rnnt_loss也可以知道acts、labels、input_lengths、label_lengths和blank_label