【问题标题】:Python - Tensorflow, binary classification, always predicting 0Python - Tensorflow,二进制分类,总是预测 0
【发布时间】:2017-11-30 22:13:01
【问题描述】:

我刚开始使用 Tensorflow,试图为二进制分类创建一个经典的神经网络。

# Loading Dependencies

import math
import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf
from tensorflow.python.framework import ops
from sklearn.model_selection import train_test_split
import matplotlib.pyplot as plt

seed = 1234
tf.set_random_seed(seed)
np.random.seed(seed)

# Load and Split data
data = pd.read_json(file)
X = data["X"]
y = data["y"]
X = X.astype(np.float32)
y = y.astype(np.float32)

X_train, X_valid, y_train, y_valid = train_test_split(X, y, test_size = 0.3)

X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0], -1).T
y_train = y_train.values.reshape((1, y_train.shape[0]))
X_valid = X_valid.reshape(X_valid.shape[0], -1).T
y_valid = y_valid.values.reshape((1, y_valid.shape[0]))

print("X Train: ", X_train.shape)
print("y Train: ", y_train.shape)
print("X Dev: ", X_valid.shape)
print("y Dev: ", y_valid.shape)

X 火车:(16875, 1122)
y 火车:(1, 1122)
X 开发:(16875, 482)
y 开发:(1, 482)

训练数据包含浮点数,而标签只有 0 或 1。但是,这些也被转换为浮点数,因为我过去遇到了一些问题。

初始化参数

def initialize_parameters(layer_dimensions):
    tf.set_random_seed(seed)
    layers_count = len(layer_dimensions)
    parameters = {}

    for layer in range(1, layers_count):
        parameters['W' + str(layer)] = tf.get_variable('W' + str(layer), 
                                                   [layer_dimensions[layer], layer_dimensions[layer - 1]], 
                                                   initializer = tf.contrib.layers.xavier_initializer(seed = seed))

        parameters['b' + str(layer)] = tf.get_variable('b' + str(layer), 
                                                   [layer_dimensions[layer], 1], 
                                                   initializer = tf.zeros_initializer())

    return parameters

形状是:
W1 - (50, 16875)
W2 - (25, 50)
W3 - (10, 25)
W4 - (5, 10)
W5 - (1, 5)
b1 - (50, 1)
b2 - (25, 1)
b3 - (10, 1)
b4 - (5, 1)
b5 - (1, 1)

我在调用模型时指定了每一层的数量和尺寸(见下文)

前向传播

def forward_propagation(X, parameters):
    parameters_count = len(parameters) // 2 
    A = X

    for layer in range(1, parameters_count):
        W = parameters['W' + str(layer)]
        b = parameters['b' + str(layer)]

        Z = tf.add(tf.matmul(W, A), b)
        A = tf.nn.relu(Z)

    W = parameters['W' + str(parameters_count)]
    b = parameters['b' + str(parameters_count)]

    Z = tf.add(tf.matmul(W, A), b)

    return Z

计算成本(我使用的是 sigmoid 函数,因为我们正在处理二进制分类)

def compute_cost(Z, Y):    
    logits = tf.transpose(Z)
    labels = tf.transpose(Y)

    cost = tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(logits = logits, labels = labels))
    return cost

组合起来

def model(X_train, y_train, X_valid, y_valid, layer_dimensions, alpha = 0.0001, epochs = 10):

    ops.reset_default_graph()
    tf.set_random_seed(seed)

    (x_rows, m) = X_train.shape
    y_rows = y_train.shape[0]

    costs = []

    X = tf.placeholder(tf.float32, shape=(x_rows, None), name="X")
    y = tf.placeholder(tf.float32, shape=(y_rows, None), name="y")

    parameters = initialize_parameters(layer_dimensions)
    Z = forward_propagation(X, parameters)
    cost = compute_cost(Z, y)
    optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = alpha).minimize(cost)

    init = tf.global_variables_initializer()
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init)
        for epoch in range(epochs):
            _ , epoch_cost = sess.run([optimizer, cost], feed_dict={X: X_train, y: y_train})
            print ("Cost after epoch %i: %f" % (epoch + 1, epoch_cost))
            costs.append(epoch_cost)

        parameters = sess.run(parameters)

        correct_predictions = tf.equal(tf.argmax(Z), tf.argmax(y))
        accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_predictions, "float"))

        print ("Train Accuracy:", accuracy.eval({X: X_train, y: y_train}))
        print ("Test Accuracy:", accuracy.eval({X: X_valid, y: y_valid}))

        return parameters

现在,当我尝试训练我的模型时,它似乎从第二个时期就达到了最佳状态,并且从那时起成本变化很小

parameters = model(X_train, y_train, X_valid, y_valid, [X_train.shape[0], 50, 25, 10, 5, 1])

epoch 1 之后的成本:8.758244
epoch 2 之后的成本:0.693096
epoch 3 之后的成本:0.692992
时期 4 之后的成本:0.692737
epoch 5 之后的成本:0.697333
epoch 6 之后的成本:0.693062
纪元 7 之后的成本:0.693151
epoch 8 之后的成本:0.693152
epoch 9 之后的成本:0.693152
epoch 10 之后的成本:0.693155

现在开始预测

def predict(X, parameters):
    parameters_count = len(parameters) // 2 
    params = {}

    for layer in range(1, parameters_count + 1):
        params['W' + str(layer)] = tf.convert_to_tensor(parameters['W' + str(layer)])
        params['b' + str(layer)] = tf.convert_to_tensor(parameters['b' + str(layer)])

    (x_columns, x_rows) = X.shape
    X_test = tf.placeholder(tf.float32, shape=(x_columns, x_rows))

    Z = forward_propagation(X_test, params)
    p = tf.argmax(Z)

    sess = tf.Session()
    prediction = sess.run(p, feed_dict = {X_test: X})

    return prediction

但是,这将在每种情况下都预测为 0..

predictions = predict(X_valid, parameters)
predictions

数组([0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0....

【问题讨论】:

  • 实际标签中有多少百分比是 0?有可能一切正常。但是,由于 ReLU 会遇到濒临死亡的 ReLU 问题,因此您可以尝试使用像leaky ReLU 这样的东西。此外,您可以尝试只使用一个图层,看看是否会产生不同的结果。
  • 事实证明你是对的。我的 ReLU 函数确实快要死了,我所有的特征最终都变成了 0。我切换到有泄漏的 ReLU 并开始看到一些结果。感谢@Stephen 的提示

标签: python tensorflow neural-network


【解决方案1】:
X Train: (16875, 1122) 

每个样本有 16875 个特征,但只有 1122 个训练数据。 我认为这可能还不够。

tensorflow get-started中的示例代码只需要784个特征。

x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 784])
y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 10])

MNIST 数据分为三部分:55,000 个训练数据点 (mnist.train)、10,000 个测试数据点 (mnist.test) 和 5,000 个验证数据点 (mnist.validation)。这种划分非常重要:在机器学习中,我们必须拥有独立的数据,而这些数据不是我们从中学习的,这样我们才能确保我们所学的东西实际上是泛化的! https://www.tensorflow.org/get_started/mnist/beginners

【讨论】:

  • 我同意更多数据会有所帮助,但这不是问题所在。我至少应该能够得到某种预测,即使它们不是那么准确。我也有一个测试集,我发布的代码中没有加载,但是结果是一样的
  • 好的,Z 的输出是什么? Z = forward_propagation(X_test, params) p = tf.argmax(Z) sess = tf.Session() 预测 = sess.run(p, feed_dict = {X_test: X})
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