tensorflow框架学习 （四）—— DNN神经网络的正则化

1、DNN全链接层的正则化

 

说明：对于DNN神经网络的正则化的了解能够参考DNN神经网络正则化，这里主要讲怎么利用tensorflow实现正则化。

 

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2、tensorflow实现L一、L2正则化的内置函数

 

函数介绍：

在tensorflow里面实现L一、L2的正则化有专门的函数，下面介绍四种函数：

一、L1正则化：tf.contrib.layers.l1_regularizer(scale,scope)(weights）；L2正则化：tf.contrib.layers.l2_regularizer(scale,scope)(weights）

参数说明：

• scale：正则表达式的超参数\lambda ，即惩罚系数。
• scope：做用域的名字scope name，做用是在名字后面加个命名域（后续内容会说明）。
• weights：须要正则化的参数，如神经网络的权重矩阵。

函数说明：

　　这里有两个传参括号，由于这里是函数的多层调用，调用tf.contrib.layers.l1_regularizer()会返回用于计算正则化的一个函数l1(weights, name=None)，而调用l1函数返回一个计算weights正则化后的tensor。详情查看官方文档。

 

三、tfc.layers.l1_l2_regularizer(scale_l1,scale_l2,float=1.0,scope=None) (weights）

参数说明：

• scale_l一、scale_l2：一个正则化超参数\lambda。
• scope：做用域的名字scope name，做用是在名字后面加个命名域（后续内容会说明）。
• weights：须要正则化的参数，如神经网络的权重矩阵。

函数说明：

　　这里是同时使用L一、L2正则化方法。

 

四、tfc.layers.sum_regularizer(regularizer_list,scope)(weights）

参数说明：

• regularizer_list：定义的正则化方法的函数列表，注意是函数列表，不是tensor列表。
• scope：做用域的名字scope name，做用是在名字后面加个命名域（后续内容会说明）。

函数说明：

　　这里是一个正则化方法的混合体，regularizer_list列表中正则化方法的混合。

 

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3、实现L一、L2正则化的示例

 

import tensorflow as tf
import tensorflow.contrib as tfc
import numpy as np
#创造数据集
x_data=np.linspace(-1,1,10000,dtype=np.float).reshape(10000,1)
y_data=2*x_data*x_data+3

#占位符
x_p=tf.placeholder(tf.float32,[None,1])
y_p=tf.placeholder(tf.float32,[None,1])

#定义第一个隐藏层Layer1,输入为x有5个神经元,无激活函数
weights1=tf.Variable(tf.random_normal([1,5]))
biases1=tf.Variable(tf.zeros([1,5])+0.001)
input1=tf.matmul(x_p,weights1)+biases1

weights1_reg=tfc.layers.l2_regularizer(0.1)(weights1) #构建正则项，这里是直接获得计算正则化后的tensor值

#定义输出层，输入为input1，激活函数为tahn
weights2=tf.Variable(tf.random_normal([5,1]))
biases2=tf.Variable(tf.zeros([1,5])+0.001)
prediction=tf.nn.tanh(tf.matmul(input1,weights2)+biases2)

#定义损失函数,loss=均方差+正则化项
loss=tf.reduce_mean(tf.square(y_p-prediction)) + weights1_reg

#定义优化方式为梯度降低
train=tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)


init=tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    #训练200次，每隔10次输出一次loss
    for i in range(200):
        sess.run(train,feed_dict={x_p:x_data,y_p:y_data})
        if i % 9 == 0:
            print(sess.run(loss,feed_dict={x_p:x_data,y_p:y_data}))

 

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4、tensorflow实现drop正则化的函数

 

函数介绍：

tensorflow自带的drop的函数方法：tf.nn.frop_out(x,keep_prop)

参数说明：

• x：须要drop的权重矩阵（建议对对过拟合影响大的才进行drop处理，能够根据与需求选择）。
• keep_prop：保留的神经元的比重（建议选0.5）。

 

代码示例：

简单的示例：

#定义第一个隐藏层Layer1,输入为x有5个神经元,无激活函数
weights1=tf.Variable(tf.random_normal([1,5]))
biases1=tf.Variable(tf.zeros([1,5])+0.001)
weights1_drop=tf.nn.dropout(weights1,0.5)   #实现drop正则化，通常对过拟合影响高的才使用drop
input1=tf.matmul(x_p,weights1_drop)+biases1  #使用定义的drop处理的weight

完整示例：

import tensorflow as tf
import tensorflow.contrib as tfc
import numpy as np


#创造数据集
x_data=np.linspace(-1,1,10000,dtype=np.float).reshape(10000,1)
y_data=2*x_data*x_data+3

#占位符
x_p=tf.placeholder(tf.float32,[None,1])
y_p=tf.placeholder(tf.float32,[None,1])

#定义第一个隐藏层Layer1,输入为x有5个神经元,无激活函数
weights1=tf.Variable(tf.random_normal([1,5]))
biases1=tf.Variable(tf.zeros([1,5])+0.001)
weights1_drop=tf.nn.dropout(weights1,0.5)   #实现drop正则化，通常对过拟合影响高的才使用drop
input1=tf.matmul(x_p,weights1_drop)+biases1  #使用定义的drop处理的weight

#定义输出层，输入为input1，激活函数为tahn
weights2=tf.Variable(tf.random_normal([5,1]))
biases2=tf.Variable(tf.zeros([1,5])+0.001)
prediction=tf.nn.tanh(tf.matmul(input1,weights2)+biases2)

#定义损失函数,loss=均方差+正则化项
loss=tf.reduce_mean(tf.square(y_p-prediction))

#定义优化方式为梯度降低
train=tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)


init=tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    #训练200次，每隔10次输出一次loss
    for i in range(200):
        sess.run(train,feed_dict={x_p:x_data,y_p:y_data})
        if i % 9 == 0:
            print(sess.run(loss,feed_dict={x_p:x_data,y_p:y_data}))