>> ต่อจาก บทที่ ๓



ภายในมอดูล pytorch มีมอดูลย่อยชื่อ torch.nn ซึ่งบรรจุคลาสและฟังก์ชันต่างๆสำหรับใช้ในโครงข่ายประสาทเทียม (nn ย่อมาจาก neural network นั่นเอง)

ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในการประกอบโครงข่ายประสาทเทียมก็คือ ชั้นของฟังก์ชันคำนวณต่างๆ

เช่น ชั้นสำหรับคำนวณเชิงเส้น ชั้นแบบนี้เรียกว่า affine layer แต่ใน pytorch ใช้ชื่อว่า Linear (ส่วนใน keras เรียกว่า Dense)

ชั้นคำนวณพวกนี้จะมีเทนเซอร์ที่ใช้เป็นพารามิเตอร์อยู่ภายในตัว

ชั้น Linear จะมีพารามิเตอร์ค่าน้ำหนักอยู่ที่แอตทริบิวต์ .weight และค่าไบแอสที่ .bias

ค่าที่ต้องกำหนดขณะสร้างคือ (จำนวนตัวแปรขาเข้า, จำนวนตัวแปรขาออก)

น้ำหนักจะเป็นเทนเซอร์สองมิติที่มีขนาดเป็น (ขาออก, ขาเข้า) ส่วนไบแอสจะเป็นเทนเซอร์หนึ่งมิติ ขนาดเท่ากับจำนวนตัวแปรขาออก

ลองสร้างชั้นขึ้นมาแล้วดูพารามิเตอร์ภายใน

import torch
lin = torch.nn.Linear(2,3)
print(lin)
print(lin.weight)
print(type(lin.weight))
print(lin.bias)
print(type(lin.bias))

ได้

Linear(in_features=2, out_features=3, bias=True)
Parameter containing:
tensor([[-0.1785, -0.5299],
        [ 0.2429, -0.5276],
        [-0.5432,  0.4851]], requires_grad=True)
<class 'torch.nn.parameter.Parameter'>
Parameter containing:
tensor([-0.0320, -0.2327,  0.3440], requires_grad=True)
<class 'torch.nn.parameter.Parameter'>

จะเห็นว่าพารามิเตอร์ก็คือเทนเซอร์ตัวนึงที่ requires_grad=True หมายความว่าเป็นเทนเซอร์ที่ขณะที่คำนวณจะมีการบันทึกค่าความชัน

นอกจากนี้หากใช้เมธอด .parameters() จะคืนพารามิเตอร์ทั้งหมดออกมาในรูปของเจเนอเรเตอร์ ถ้านำมาแปลงเป็นลิสต์ก็จะแสดงค่าทั้งหมดได้

lin = torch.nn.Linear(4,3)
print(lin.parameters())
print(list(lin.parameters()))

ได้

[Parameter containing:
tensor([[-0.3537, -0.0335, -0.0530,  0.1352],
        [-0.4223, -0.1825,  0.1712, -0.1660],
        [ 0.0511,  0.1635,  0.2365,  0.0601]], requires_grad=True), Parameter containing:
tensor([-0.4955, -0.1421, -0.2290], requires_grad=True)]

คำสั่งนี้มีประโยชน์เวลาใช้กับออปทิไมเซอร์ ซึ่งจะกล่าวถึงในบทถัดไป

ค่าของพารามิเตอร์เหล่านี้ได้มาจากการสุ่มเอา ซึ่งโดยมาตรฐานแล้วใน pytorch จะสุ่มพารามิเตอร์ตั้งต้นให้กระจายสม่ำเสมอในขอบเขต
$\begin{align} w \in \left[ -\sqrt{\frac{1}{m}},\sqrt{\frac{1}{m}} \right] \end{align}$ ..(4.1)

เพียงแต่ว่าเราสามารถป้อนค่าเป็นจำนวนที่ต้องการแทนได้ทันทีถ้าต้องการ

เช่น ถ้าต้องการให้สุ่มแจกแจงแบบปกติก็ใช้ .normal_(μ,σ) ถ้าต้องการให้สุ่มแจกแจงแบบสม่ำเสมอก็ใช้ .uniform_(ต่ำสุด,สูงสุด)

lin = torch.nn.Linear(6,2,bias=0)
lin.weight.data.normal_(0,1)
print(lin.weight)
lin.weight.data.uniform_(-1,1)
print(lin.weight)

ได้

Parameter containing:
tensor([[ 0.8902, -0.9486, -0.8325,  0.1343,  0.7567,  1.6959],
        [ 1.7581,  0.9200, -0.0738, -0.3420,  0.0989, -0.9752]],
       requires_grad=True)
Parameter containing:
tensor([[ 0.3098, -0.3378, -0.4107,  0.2809, -0.8449, -0.0014],
        [-0.8877, -0.9887, -0.3420,  0.3834,  0.0017,  0.9727]],
       requires_grad=True)

สำหรับไบแอสนั้นในบางกรณีอาจไม่จำเป็นต้องใช้ จะกำหนดให้ไม่มีก็ได้ โดยกำหนด bias=0 ตอนสร้าง

lin = torch.nn.Linear(3,4,bias=0)
print(lin) # ได้ Linear(in_features=3, out_features=4, bias=False)
print(lin.bias) # ได้ None

เวลาที่ป้อนเทนเซอร์ผ่านชั้นนี้จะเกิดการคำนวณโดยคูณเมทริกซ์เข้ากับน้ำหนักและบวกด้วยไบแอส
$\begin{align} \textbf{lin}(\mathbf{x}) = \mathbf{x} \cdot \mathbf{w}^T + \vec{b} \end{align}$ ..(4.2)

ตัวอย่างเช่น
$\begin{align} \mathbf{x} &=& \begin{bmatrix} 3 & 1 \\ 2 & 5 \\ 0 & 2 \end{bmatrix} \\ \mathbf{w}^T &=& \begin{bmatrix} 1 & 3 & 5 \\ 2 & 4 & 6 \\ \end{bmatrix} \\ \vec{b} &=& \begin{bmatrix} 7 \\ 8 \\ 9 \end{bmatrix} \\ \textbf{lin}(\mathbf{x}) &=& \begin{bmatrix} 3 & 1 \\ 2 & 5 \\ 0 & 2 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} 1 & 3 & 5 \\ 2 & 4 & 6 \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 7 \\ 8 \\ 9 \end{bmatrix} \\ &=& \begin{bmatrix} 12 & 21 & 30 \\ 19 & 34 & 49 \\ 11 & 16 & 21 \end{bmatrix} \end{align}$ ..(4.3)

X = torch.Tensor([[3,1],[2,5],[0,2]])
lin = torch.nn.Linear(2,3)
lin.weight.data = torch.Tensor([[1,2],[3,4],[5,6]])
lin.bias.data = torch.Tensor([7,8,9])
print(lin(X))

ได้

tensor([[12., 21., 30.],
        [19., 34., 49.],
        [11., 16., 21.]], grad_fn=<AddmmBackward0>)

การถดถอยเชิงเส้น

ลองทำการแก้ปัญหาการถดถอยเชิงเส้นแบบเดียวกับในบทที่แล้ว แต่คราวนี้ใช้ Linear

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# ข้อมูลตัวอย่าง
x = np.random.uniform(-1,1,75)
z = -x*0.4 + np.random.normal(1,0.1,75)

lin = torch.nn.Linear(1,1) # ทั้งตัวแปรต้นและตัวแปรตามต่างก็มีแค่ 1
x = torch.Tensor(x) # แปลงเป็นเทนเซอร์
X = x[:,None] # แม้จะมีตัวแปรแค่ตัวเดียวก็ต้องทำเป็นเทนเซอร์สองมิติ
z = torch.Tensor(z) # แปลงเป็นเทนเซอร์
eta = 0.5 # อัตราการเรียนรู้
ha_mse = torch.nn.MSELoss() # เตรียมฟังก์ชันหาค่าเสียหาย
n_thamsam = 50
for i in range(n_thamsam):
    h = lin(X).flatten() # คำนวณเชิงเส้น
    J = ha_mse(h,z) # คำนวณค่าเสียหาย
    J.backward() # แพร่ย้อนกลับ
    lin.weight.data -= eta*lin.weight.grad # ปรับพารามิเตอร์
    lin.bias.data -= eta*lin.bias.grad
    lin.weight.grad = None # ล้างค่าอนุพันธ์
    lin.bias.grad = None

mx = np.linspace(-1.1,1.1,200)
mz = lin(torch.Tensor(mx)[:,None]).data.numpy().flatten()
plt.scatter(x,z,color='y',edgecolor='m')
plt.plot(mx,mz,'b')
plt.show()

ต่อมาลองดูตัวอย่างกรณีตัวแปรต้นสองตัว

X = np.random.uniform(-1,1,[150,2])
x,y = X.T
z = x*0.6-y*0.4 + np.random.normal(1,0.1,150)

lin = torch.nn.Linear(2,1)
X = torch.Tensor(X)
z = torch.Tensor(z)
eta = 0.1
ha_mse = torch.nn.MSELoss()
n_thamsam = 200
for i in range(n_thamsam):
    h = lin(X).flatten()
    J = ha_mse(h,z)
    J.backward()
    lin.weight.data -= eta*lin.weight.grad
    lin.bias.data -= eta*lin.bias.grad
    lin.weight.grad = None
    lin.bias.grad = None

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

mx,my = np.meshgrid(np.linspace(-1,1,11),np.linspace(-1,1,11))
mX = np.array([mx.ravel(),my.ravel()]).T
mX = torch.Tensor(mX)
mz = lin(mX).data.numpy().reshape(11,11)
plt.figure(figsize=[6,6])
ax = plt.axes([0,0,1,1],projection='3d')
ax.scatter(x,y,z,c=z,edgecolor='k',cmap='jet')
ax.plot_surface(mx,my,mz,rstride=1,cstride=1,alpha=0.2,edgecolor='k')
plt.show()

การใช้ชั้นคำนวณแบบนี้ทำให้การคำนวณสะดวกขึ้น แต่ก็ยังคงต้องมาคอยเขียนคำสั่งปรับพารามิเตอร์แล้วก็ล้างค่าอนุพันธ์กันเอาเองอยู่

แต่ว่า pytorch ได้เตรียมอุปกรณ์ที่สะดวกที่ทำให้ขั้นตอนตรงนี้ง่ายขึ้นไปอีก คือการใช้ออปทิไมเซอร์ ซึ่งจะพูดถึงในบทต่อไป



>> อ่านต่อ บทที่ ๕

~ 自己紹介 ~

目次

日本による名言集

python モジュール -- numpy -- matplotlib -- pandas -- manim -- opencv -- pyqt -- pytorch 機械学習 -- ニューラル      ネットワーク

javascript

モンゴル語

言語学

maya

確率論

日本での日記

中国での日記 -- 北京での日記 -- 香港での日記 -- 澳門での日記

台灣での日記

北欧での日記

他の国での日記

qiita

その他の記事

記事の類別

==เลือกหมวด== ดาราศาสตร์ คณิตศาสตร์ -ความน่าจะเป็น คอมพิวเตอร์ -เขียนโปรแกรม --python ---numpy ---scipy ---matplotlib ---pandas ---manim ---pyqt ---sklearn ---pytorch ---mayapython --ruby --javascript --dart --MATLAB --SQL --regex --opencv -shell -3D --maya --MMD -microsoft_office -pdf -ปัญญาประดิษฐ์ --โครงข่ายประสาทเทียม --สเตเบิลดิฟฟิวชัน ---comfyui -การสุ่ม ภาษาศาสตร์ -ตัวอักษร -เรียนภาษา -หลักเกณฑ์การทับศัพท์ -ภาษาจีน --ภาษาจีนกลาง -ภาษาญี่ปุ่น -ภาษามองโกล -ภาษาลาว -ภาษาเขมร ประวัติศาสตร์ -ประวัติศาสตร์จีน -ประวัติศาสตร์ญี่ปุ่น ปรัชญา ประเทศจีน -จีนแผ่นดินใหญ่ --ปักกิ่ง --เทียนจิน --เหลียวหนิง --เหอเป่ย์ --เหอหนาน --ซานตง --ซานซี --อานฮุย --เจ้อเจียง --หูเป่ย์ --หูหนาน --ฝูเจี้ยน --กวางตุ้ง ---แต้จิ๋ว --ยูนนาน --ซินเจียง -ฮ่องกง -มาเก๊า -ไต้หวัน --ไทเป --จีหลง --เถาหยวน --ซินจู๋ --เหมียวลี่ --ไถจง --จางฮว่า --หยวินหลิน --เจียอี้ --ไถหนาน --เกาสยง --ผิงตง --อี๋หลาน ประเทศญี่ปุ่น -ฮกไกโด -อาโอโมริ -อิวาเตะ -มิยางิ -อากิตะ -ยามางาตะ -ฟุกุชิมะ -อิบารากิ -โทจิงิ -กุมมะ -ไซตามะ -จิบะ -โตเกียว -คานางาวะ -นีงาตะ -โทยามะ -อิชิกาวะ -ฟุกุอิ -ยามานาชิ -นางาโนะ -กิฟุ -ชิซึโอกะ -ไอจิ -มิเอะ -ชิงะ -เกียวโต -โอซากะ -เฮียวโงะ -นาระ -วากายามะ -โอกายามะ -ฮิโรชิมะ -ยามางุจิ -ฟุกุโอกะ -ซางะ -นางาซากิ -คุมาโมโตะ -โออิตะ ต่างแดน -อุษาคเนย์ --กัมพูชา --พม่า --สิงคโปร์ -ยุโรป --สวีเดน --เดนมาร์ก --ฟินแลนด์ -ออสเตรเลีย ท่องเที่ยว -มหาวิทยาลัย -พิพิธภัณฑ์ --พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ --หอศิลป์ -สวนสัตว์ --พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ -ท้องฟ้าจำลอง -ตึกระฟ้า -ปราสาท☑ --ปราสาทญี่ปุ่น --ปราสาทขอม --ปราสาทยุโรป -ศาสนสถาน --วัด --ศาลเจ้า --โบสถ์ --มัสยิด -สุสาน -มรดกโลก -ทะเล -ทะเลสาบ -ภูเขา -หิมะ -ดอกซากุระ -แมว -รถไฟ -เรือ -ตลาดกลางคืน -งานเทศกาล -ที่ระลึกภัยพิบัติ -ตามรอย บันเทิง -เกม --อาเตอลีเย --โปเกมอน --caligula --vn -อนิเมะ -มังงะ -นิยาย -เพลง --เพลงอนิเมะ --เพลงเกม เรื่องแต่ง บันทึก

　 記事を検索

　 最新記事

　 おすすめの記事

月別記事

もっと前の記事

ไทย

日本語

中文