3. DNN(2)

file1: Layer
class FullyConnection(object):

    # in_size : X`s features number
    # out_size : Z`s features number
    # batch_size :  how many sample in one batch

    def __init__(self, in_size, out_size):
        self.w = np.random.randn(in_size, out_size)  # with R(in_size,out_size)
        self.b = np.random.randn(out_size, 1)  # with R(out_size,1)
        self.cur_x = None
        self.cur_z = None

"""
 前向傳播: 篩選X的特征 輸出對應(yīng)Z
"""
    def forward(self, batch_x):
        """
        Args:
            batch_x: with R(batch_size,in_size)
        Returns:
            z : with R(batch_size,out_size)
        """

        self.cur_x = batch_x

        # z = (x*m) + b.T
        z = np.matmul(batch_x, self.w) + self.b.T

        self.cur_z = z

        return z

"""
反向傳播:根據(jù) 計(jì)算出的dz_w 和 傳回的dl_z 計(jì)算dl_w 然后更新w的參數(shù)
"""

    def backward(self, dl_z, lr):
        """
        Args:
            z: R(batch_size, out_size)
            dl_z: R(batch_size, out_size)
        Returns:
            dl_x :R(batch_size,in_size)
        """

        batch_size = self.cur_x.shape[0]
        in_size = self.cur_x.shape[1]
        out_size = self.cur_z.shape[1]

        dz_w = np.expand_dims(self.cur_x, 1) # R(bt,1,in)
        dz_b = np.ones([batch_size, out_size, 1])

        dz_x = np.expand_dims(self.w, 0)  # R(1(broadcast to bt),out,in)
        
        dl_x = np.empty([batch_size, in_size])
        for i in range(batch_size):
            #dl_z[I] :R(1,out) dz_x[0].T :R(out,in) --> dl_x[i]:R(1,in)
            dl_x[i] = np.matmul(dl_z[i], dz_x[0].T)

        dl_z = np.expand_dims(dl_z, 2)  # R(bt,out,1)

        dl_w = dl_z * dz_w #R(bt,out,in)
        dl_b = dl_z * dz_b #R(bt,out,1)

        # update
        self.step(dl_w, dl_b, lr)

        return dl_x

    def step(self, dw, db, lr):
        # w: R(in,out) b:R(out,1)
        self.w -= np.mean(dw, axis=0).T * lr
        self.b -= np.mean(db, axis=0) * lr
file1: Activate

 #  in_size : Z`s features number
 #  out_size :  A`s (pre_y) features number 
 #  the in_size and out_size are equal in this activated layer

class SoftMax(object): 

"""
  softmax :  將所有輸出特征值的概率歸一化
"""

    def __init__(self):
        self.cur_z = None
        self.exp_z = None
        self.preY = None

    def forward(self, z):
        """
        Args:
            z: with R(batch_size, in_size)
        Returns:
            a: with R(batch_size, out_size)
        """
        self.cur_z = z
        self.exp_z = np.exp(-z)
        dom = np.sum(self.exp_z, axis=1).reshape([z.shape[0], 1])
        a = self.exp_z / dom
        self.preY = a
        return a

    def backward(self, dl_y):
        """
        Args:
            dl_y:  R(batch_size, out_size) 
        Returns:
            dl_z: R(batch_size, in_size)
        """

        batch_size = self.cur_z.shape[0]
        in_size = self.cur_z.shape[1]

        dy_z = np.empty([batch_size, out_size, out_size])

        for i in range(batch_size):
            sing_y_sample = self.preY[i]  # R(1篡殷,out_size)
            sample_grad = np.matmul(sing_y_sample.T, sing_y_sample)  # R(out_size,out_size)

            diag = np.diag(sing_y_sample) # 生成對角矩陣

            sample_grad = sample_grad - diag #更新對角線元素

            dy_z[i] = sample_grad # 更新每個(gè)樣本的剃度值

        dl_z = np.empty([batch_size, in_size])

        for i in range(batch_size):
            # dl_y[i] : R(1,in_size)
            # dy_z[i] : R(in_size,in_size)

            dl_z[i] = np.matmul(dl_y[i], dy_z[i])  # R(1,in_size)

        return dl_z  # R(batch_size, in_size)

"""
  Sigmoid : 把輸出值控制在0,1范圍內(nèi)
"""

class Sigmoid(object):
    def __init__(self):
        self.a = None

    def forward(self, z):
        """
        Args:
            z: R(batch_size, in_size)

        Returns:
            a: R(batch_size, out_size)
        """
        self.a = 1 / (1 + np.exp(-z))
        return self.a

    def backward(self, dl_a):
        """
        dl_a:  R(batch_size,out_size)
        Returns:
            dl_z: R(batch_size, in_size)
        """

        da_z = self.a * (1 - self.a)  # R(batch_size,in_size)
        dl_z = dl_a * da_z

        return dl_z  # R(batch_size,in_size)

"""
  ReLU : 把輸出值控制在0,1范圍內(nèi)
"""
    def __init__(self):
        self.a = None

    def forward(self, z):
        # z: R(batch_size,in_size)
        a = z.copy()
        a[a < 0] = 0
        self.a = a
        return a

    def backward(self, dl_a):
        """
        Args:
            dl_a:  R(batch_size,out_size)
        Returns:
            dl_z: R(batch_size,in_size)
        """

        batch_size = self.a.shape[0]
        in_size = self.a.shape[1]

        da_z = self.a
        da_z[da_z != 0] = 1

        dl_z = dl_a * da_z

        return dl_z

file3. Loss
class MSE(object):
    
    def __init__(self):
        self.pred_y = None
        self.true_y = None

    def forward(self, pred_y, true_y):
        """
        Args:
            pred_y: R(batch_size, in_size)
            true_y: R(batch_size, in_size)
        Returns:
            loss: R(batch_size, 1)
        """
        
        self.pred_y = pred_y
        self.true_y = true_y

        dif = pred_y - true_y
        loss = np.sum(dif ** 2, axis=1)
        
        return loss.reshape([pred_y.shape[0], 1])

    def backward(self):
        dl_y = self.pred_y - self.true_y # dl_y : R(batch_size, out_size)
        return dl_y  
file4. model
from layer import FullyConnection
from activate import SoftMax, Sigmoid,ReLU

# 三層
# 第一層: sigmoid
# 第二層:ReLU
# 第三層:SoftMax

class LogisticRegression(object):
    def __init__(self, in_size, n_classes, lr):

        self.fc1 = FullyConnection(in_size, 128) # init(in_size,out_size)
        self.fc2 = FullyConnection(128, 50)
        self.fc3 = FullyConnection(50,n_classes)

        self.sigmoid1 = Sigmoid()
        self.sigmoid2 = Sigmoid()
        self.softmax = SoftMax()
        self.ReLU1 = ReLU()
        self.ReLU2 = ReLU()

        self.lr = lr

    def forward(self, batch_x):

        z1 = self.fc1.forward(batch_x)
        a1 = self.sigmoid1.forward(z1)

        z2 = self.fc2.forward(a1)
        a2 = self.ReLU1.forward(z2)

        z3 = self.fc3.forward(a2)
        y = self.softmax.forward(z3)

        return y

    def backward(self, dl_y):
        """
        Args:
            dl_y: R(batch_size, n_classes)
        Returns:

        """
        dl_z3 = self.softmax.backward(dl_y)
        dl_a2 = self.fc3.backward(dl_z3,self.lr)

        dl_z2 = self.ReLU1.backward(dl_a2)  # R(batch_size, n_classes, n_classes)
        dl_a1 = self.fc2.backward(dl_z2, self.lr)  # R(1, n_classes, batch_size), R(1, 1, batch_size)

        dl_z1 = self.sigmoid1.backward(dl_a1)
        self.fc1.backward(dl_z1, self.lr)

經(jīng)過訓(xùn)練之后霹陡,出現(xiàn)了很嚴(yán)重的梯度消失問題歪玲。
在識別手寫數(shù)字的訓(xùn)練中赚抡,訓(xùn)練的準(zhǔn)確度趨近于0.1 (小聲bb:等于我的算法是在瞎JB猜)

問題出在ReLU中傳出的a可能特別大,雖然傳入ReLU的z經(jīng)過了sigmoid的擠壓吝沫,但由于我每一層的參數(shù)都是隨機(jī)生成的呻澜,w可能特別大。這樣會導(dǎo)致softmax中e^-z 趨近于0

最后我決定更換我的損失函數(shù)惨险,采用交叉熵進(jìn)行計(jì)算和更新
以下是更新后的loss.py

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末羹幸,一起剝皮案震驚了整個(gè)濱河市,隨后出現(xiàn)的幾起案子辫愉,更是在濱河造成了極大的恐慌栅受,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 216,997評論 6 502
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件恭朗,死亡現(xiàn)場離奇詭異屏镊,居然都是意外死亡,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)痰腮,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 92,603評論 3 392
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門而芥,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來,“玉大人诽嘉,你說我怎么就攤上這事蔚出〉芮蹋” “怎么了虫腋?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 163,359評論 0 353
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵,是天一觀的道長稀余。 經(jīng)常有香客問我悦冀,道長,這世上最難降的妖魔是什么睛琳? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 58,309評論 1 292
  • 正文 為了忘掉前任盒蟆,我火速辦了婚禮,結(jié)果婚禮上师骗,老公的妹妹穿的比我還像新娘历等。我一直安慰自己,他們只是感情好辟癌,可當(dāng)我...
    茶點(diǎn)故事閱讀 67,346評論 6 390
  • 文/花漫 我一把揭開白布寒屯。 她就那樣靜靜地躺著,像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪寡夹。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上处面,一...
    開封第一講書人閱讀 51,258評論 1 300
  • 那天,我揣著相機(jī)與錄音菩掏,去河邊找鬼魂角。 笑死,一個(gè)胖子當(dāng)著我的面吹牛智绸,可吹牛的內(nèi)容都是我干的野揪。 我是一名探鬼主播,決...
    沈念sama閱讀 40,122評論 3 418
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼传于,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼囱挑!你這毒婦竟也來了?” 一聲冷哼從身側(cè)響起沼溜,我...
    開封第一講書人閱讀 38,970評論 0 275
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤平挑,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個(gè)月后系草,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體通熄,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 45,403評論 1 313
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 37,596評論 3 334
  • 正文 我和宋清朗相戀三年找都,在試婚紗的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己被綠了唇辨。 大學(xué)時(shí)的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 39,769評論 1 348
  • 序言:一個(gè)原本活蹦亂跳的男人離奇死亡能耻,死狀恐怖赏枚,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出,到底是詐尸還是另有隱情晓猛,我是刑警寧澤饿幅,帶...
    沈念sama閱讀 35,464評論 5 344
  • 正文 年R本政府宣布,位于F島的核電站戒职,受9級特大地震影響栗恩,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏。R本人自食惡果不足惜洪燥,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 41,075評論 3 327
  • 文/蒙蒙 一磕秤、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望。 院中可真熱鬧捧韵,春花似錦市咆、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 31,705評論 0 22
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽。三九已至,卻和暖如春癞己,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間膀斋,已是汗流浹背。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 32,848評論 1 269
  • 我被黑心中介騙來泰國打工痹雅, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留仰担,地道東北人。 一個(gè)月前我還...
    沈念sama閱讀 47,831評論 2 370
  • 正文 我出身青樓绩社,卻偏偏與公主長得像摔蓝,于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對象是個(gè)殘疾皇子愉耙,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 44,678評論 2 354