หน้านี้ได้รับการแปลโดย Cloud Translation API
Switch to English

tf.data: สร้างไปป์ไลน์อินพุต TensorFlow

ดูใน TensorFlow.org เรียกใช้ใน Google Colab ดูแหล่งที่มาบน GitHub ดาวน์โหลดสมุดบันทึก

tf.data API ช่วยให้คุณสร้างท่อป้อนข้อมูลที่ซับซ้อนจากชิ้นส่วนที่เรียบง่ายและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ตัวอย่างเช่นไปป์ไลน์สำหรับโมเดลรูปภาพอาจรวมข้อมูลจากไฟล์ในระบบไฟล์แบบกระจายใช้การรบกวนแบบสุ่มกับแต่ละรูปภาพและรวมรูปภาพที่เลือกแบบสุ่มเป็นชุดสำหรับการฝึกอบรม ไปป์ไลน์สำหรับแบบจำลองข้อความอาจเกี่ยวข้องกับการแยกสัญลักษณ์จากข้อมูลข้อความดิบการแปลงเป็นการฝังตัวระบุด้วยตารางการค้นหาและการรวมลำดับที่มีความยาวต่างกันเข้าด้วยกัน tf.data API ทำให้สามารถจัดการข้อมูลจำนวนมากอ่านจากรูปแบบข้อมูลที่แตกต่างกันและทำการแปลงที่ซับซ้อนได้

tf.data API แนะนำtf.data.Dataset ข้อมูลที่เป็นนามธรรมที่แสดงถึงลำดับขององค์ประกอบซึ่งแต่ละองค์ประกอบประกอบด้วยส่วนประกอบอย่างน้อยหนึ่งรายการ ตัวอย่างเช่นในไปป์ไลน์รูปภาพองค์ประกอบอาจเป็นตัวอย่างการฝึกอบรมเดียวโดยมีส่วนประกอบเทนเซอร์ที่เป็นตัวแทนของรูปภาพและป้ายกำกับ

มีสองวิธีที่แตกต่างกันในการสร้างชุดข้อมูล:

  • แหล่ง ข้อมูลสร้าง Dataset จากข้อมูลที่เก็บไว้ในหน่วยความจำหรือในไฟล์อย่างน้อยหนึ่งไฟล์

  • การ แปลง ข้อมูลสร้างชุดข้อมูลจากวัตถุtf.data.Dataset อย่างน้อยหนึ่งรายการ

import tensorflow as tf

import pathlib
import os
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import numpy as np

np.set_printoptions(precision=4)

กลศาสตร์พื้นฐาน

ในการสร้างไปป์ไลน์อินพุตคุณต้องเริ่มต้นด้วย แหล่ง ข้อมูล ตัวอย่างเช่นในการสร้าง Dataset จากข้อมูลในหน่วยความจำคุณสามารถใช้ tf.data.Dataset.from_tensors() หรือ tf.data.Dataset.from_tensor_slices() หรือหากข้อมูลอินพุตของคุณถูกเก็บไว้ในไฟล์ในรูปแบบ TFRecord ที่แนะนำคุณสามารถใช้ tf.data.TFRecordDataset()

เมื่อคุณมีออบเจ็กต์ Dataset แล้วคุณสามารถ แปลง เป็น Dataset ใหม่ได้โดยใช้วิธีการเชื่อมโยงกับอ็อบเจ็กต์tf.data.Dataset ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้การแปลงต่อองค์ประกอบเช่น Dataset.map() และการแปลงหลายองค์ประกอบเช่น Dataset.batch() ดูเอกสารสำหรับtf.data.Dataset สำหรับรายการการแปลงทั้งหมด

วัตถุ Dataset เป็น Python ที่ทำซ้ำได้ สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้องค์ประกอบโดยใช้ for loop:

dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices([8, 3, 0, 8, 2, 1])
dataset

<TensorSliceDataset shapes: (), types: tf.int32>

for elem in dataset:
  print(elem.numpy())

8
3
0
8
2
1

หรือโดยการสร้างตัววนซ้ำ Python อย่างชัดเจนโดยใช้ iter และใช้องค์ประกอบโดยใช้ next :

it = iter(dataset)

print(next(it).numpy())

8

หรืออีกวิธีหนึ่งคือสามารถใช้องค์ประกอบชุดข้อมูลได้โดยใช้การ reduce แปลงซึ่งจะลดองค์ประกอบทั้งหมดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียว ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการใช้การแปลงแบบ reduce เพื่อคำนวณผลรวมของชุดข้อมูลของจำนวนเต็ม

print(dataset.reduce(0, lambda state, value: state + value).numpy())

22

โครงสร้างชุดข้อมูล

ชุดข้อมูลประกอบด้วยองค์ประกอบที่แต่ละส่วนมีโครงสร้าง (ซ้อนกัน) เหมือนกันและส่วนประกอบแต่ละส่วนของโครงสร้างสามารถเป็นประเภทใดก็ได้ที่แสดงโดย tf.TypeSpec รวมถึง tf.Tensor , tf.sparse.SparseTensor ,tf.RaggedTensor , tf.TensorArray , หรือtf.data.Dataset

คุณสมบัติ Dataset.element_spec ช่วยให้คุณตรวจสอบประเภทขององค์ประกอบแต่ละองค์ประกอบ คุณสมบัติส่งคืน โครงสร้างที่ซ้อนกัน ของ tf.TypeSpec โดยจับคู่โครงสร้างขององค์ประกอบซึ่งอาจเป็นส่วนประกอบเดียวทูเพิลของคอมโพเนนต์หรือทูเพิลที่ซ้อนกันของคอมโพเนนต์ ตัวอย่างเช่น:

dataset1 = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(tf.random.uniform([4, 10]))

dataset1.element_spec

TensorSpec(shape=(10,), dtype=tf.float32, name=None)

dataset2 = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
   (tf.random.uniform([4]),
    tf.random.uniform([4, 100], maxval=100, dtype=tf.int32)))

dataset2.element_spec

(TensorSpec(shape=(), dtype=tf.float32, name=None),
 TensorSpec(shape=(100,), dtype=tf.int32, name=None))

dataset3 = tf.data.Dataset.zip((dataset1, dataset2))

dataset3.element_spec

(TensorSpec(shape=(10,), dtype=tf.float32, name=None),
 (TensorSpec(shape=(), dtype=tf.float32, name=None),
  TensorSpec(shape=(100,), dtype=tf.int32, name=None)))

# Dataset containing a sparse tensor.
dataset4 = tf.data.Dataset.from_tensors(tf.SparseTensor(indices=[[0, 0], [1, 2]], values=[1, 2], dense_shape=[3, 4]))

dataset4.element_spec

SparseTensorSpec(TensorShape([3, 4]), tf.int32)

# Use value_type to see the type of value represented by the element spec
dataset4.element_spec.value_type

tensorflow.python.framework.sparse_tensor.SparseTensor

Dataset ชุดข้อมูลสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างใด ๆ เมื่อใช้การ Dataset.map() และ Dataset.filter() ซึ่งใช้ฟังก์ชันกับแต่ละองค์ประกอบโครงสร้างองค์ประกอบจะกำหนดอาร์กิวเมนต์ของฟังก์ชัน:

dataset1 = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
    tf.random.uniform([4, 10], minval=1, maxval=10, dtype=tf.int32))

dataset1

<TensorSliceDataset shapes: (10,), types: tf.int32>

for z in dataset1:
  print(z.numpy())

[4 6 7 3 1 1 6 7 3 7]
[6 6 1 7 3 8 9 8 9 4]
[2 3 2 2 7 1 8 8 5 9]
[6 6 7 8 8 9 2 3 7 8]


dataset2 = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
   (tf.random.uniform([4]),
    tf.random.uniform([4, 100], maxval=100, dtype=tf.int32)))

dataset2

<TensorSliceDataset shapes: ((), (100,)), types: (tf.float32, tf.int32)>

dataset3 = tf.data.Dataset.zip((dataset1, dataset2))

dataset3

<ZipDataset shapes: ((10,), ((), (100,))), types: (tf.int32, (tf.float32, tf.int32))>

for a, (b,c) in dataset3:
  print('shapes: {a.shape}, {b.shape}, {c.shape}'.format(a=a, b=b, c=c))

shapes: (10,), (), (100,)
shapes: (10,), (), (100,)
shapes: (10,), (), (100,)
shapes: (10,), (), (100,)

การอ่านข้อมูลอินพุต

การใช้อาร์เรย์ NumPy

ดูการ โหลดอาร์เรย์ NumPy สำหรับตัวอย่างเพิ่มเติม

หากข้อมูลอินพุตทั้งหมดของคุณพอดีกับหน่วยความจำวิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้าง Dataset จาก Dataset เหล่านี้คือการแปลงเป็นวัตถุ tf.Tensor และใช้ Dataset.from_tensor_slices()

train, test = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-labels-idx1-ubyte.gz
32768/29515 [=================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-images-idx3-ubyte.gz
26427392/26421880 [==============================] - 1s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
8192/5148 [===============================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-images-idx3-ubyte.gz
4423680/4422102 [==============================] - 0s 0us/step


images, labels = train
images = images/255

dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((images, labels))
dataset

<TensorSliceDataset shapes: ((28, 28), ()), types: (tf.float64, tf.uint8)>

การใช้เครื่องกำเนิด Python

แหล่งข้อมูลทั่วไปอีกแหล่งที่สามารถนำเข้าได้อย่างง่ายดายเป็นtf.data.Dataset คือตัวสร้าง python

def count(stop):
  i = 0
  while i<stop:
    yield i
    i += 1

for n in count(5):
  print(n)

0
1
2
3
4

ตัวสร้าง Dataset.from_generator แปลงตัวสร้าง python เป็นtf.data.Dataset ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

ตัวสร้างจะเรียกได้ว่าเป็นอินพุตไม่ใช่ตัวทำซ้ำ สิ่งนี้ช่วยให้สามารถรีสตาร์ทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อถึงจุดสิ้นสุด ใช้ args ซึ่งเป็นทางเลือกซึ่งส่งผ่านเป็นอาร์กิวเมนต์ของ callable

จำเป็นต้องใช้อาร์กิวเมนต์ output_types เนื่องจาก tf.data สร้าง tf.Graph ภายในและขอบกราฟต้องการ tf.dtype

ds_counter = tf.data.Dataset.from_generator(count, args=[25], output_types=tf.int32, output_shapes = (), )

for count_batch in ds_counter.repeat().batch(10).take(10):
  print(count_batch.numpy())

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]
[20 21 22 23 24  0  1  2  3  4]
[ 5  6  7  8  9 10 11 12 13 14]
[15 16 17 18 19 20 21 22 23 24]
[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]
[20 21 22 23 24  0  1  2  3  4]
[ 5  6  7  8  9 10 11 12 13 14]
[15 16 17 18 19 20 21 22 23 24]

ไม่ จำเป็นต้องใช้ อาร์กิวเมนต์ output_shapes แต่ขอแนะนำอย่างมากเนื่องจากการดำเนินการเทนเซอร์โฟลว์จำนวนมากไม่รองรับเทนเซอร์ที่มีอันดับที่ไม่รู้จัก หากไม่ทราบความยาวของแกนเฉพาะหรือตัวแปรให้ตั้งค่าเป็น None ใน output_shapes

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ output_shapes และ output_types ไปตามกฎการซ้อนกันเหมือนกับวิธีการชุดข้อมูลอื่น ๆ

นี่คือตัวสร้างตัวอย่างที่แสดงให้เห็นทั้งสองด้านโดยจะส่งคืนค่าทูเปิลของอาร์เรย์โดยที่อาร์เรย์ที่สองเป็นเวกเตอร์ที่ไม่ทราบความยาว

def gen_series():
  i = 0
  while True:
    size = np.random.randint(0, 10)
    yield i, np.random.normal(size=(size,))
    i += 1

for i, series in gen_series():
  print(i, ":", str(series))
  if i > 5:
    break

0 : [-1.8423 -0.1016  0.2763  0.815   0.0137  0.1228  0.0773]
1 : [ 0.4419  0.6819 -0.576 ]
2 : [-0.8961 -0.8613 -0.5917  0.7749 -0.2283  0.4406 -2.4833  0.1952  0.9962]
3 : []
4 : [0.2609 0.854  2.96  ]
5 : []
6 : [ 1.0899 -0.377   0.4295 -1.835  -0.4915 -0.0435 -0.6999 -0.9527]

ผลลัพธ์แรกคือ int32 ส่วนที่สองคือ float32

รายการแรกคือสเกลาร์รูปร่าง () และรายการที่สองคือเวกเตอร์ที่ไม่ทราบความยาวรูปร่าง (None,)

ds_series = tf.data.Dataset.from_generator(
    gen_series, 
    output_types=(tf.int32, tf.float32), 
    output_shapes=((), (None,)))

ds_series

<FlatMapDataset shapes: ((), (None,)), types: (tf.int32, tf.float32)>

ตอนนี้สามารถใช้งานได้เหมือนtf.data.Dataset ทั่วไป โปรดทราบว่าเมื่อจัดชุดข้อมูลที่มีรูปร่างตัวแปรคุณต้องใช้ Dataset.padded_batch

ds_series_batch = ds_series.shuffle(20).padded_batch(10)

ids, sequence_batch = next(iter(ds_series_batch))
print(ids.numpy())
print()
print(sequence_batch.numpy())

[12  0 21 20 19  2 13  6 16 15]

[[ 0.6409  0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.    ]
 [-0.3158 -1.1566  0.5766  0.2067  0.2566 -0.7567  0.      0.      0.    ]
 [ 1.703   0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.    ]
 [ 1.577   0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.    ]
 [ 0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.      0.    ]
 [-1.1427  1.779   1.5403  0.428  -0.0309  0.8038 -0.4779  0.3646 -0.3527]
 [-1.0069  0.6749 -1.4268  0.0887  0.4798  0.769   0.5454  0.      0.    ]
 [-0.3393  0.5725 -0.8578 -3.5323 -0.9053  0.261  -1.7785  0.5377 -0.4388]
 [ 0.5343  1.609  -0.9407  1.1031  0.4216  0.      0.      0.      0.    ]
 [ 1.1637  0.6195  1.6317 -0.759  -0.4261 -3.2933  1.9672 -0.2561  1.341 ]]

สำหรับตัวอย่างที่เป็นจริงมากขึ้นให้ลองตัด preprocessing.image.ImageDataGenerator เป็นtf.data.Dataset

ขั้นแรกดาวน์โหลดข้อมูล:

flowers = tf.keras.utils.get_file(
    'flower_photos',
    'https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz',
    untar=True)

Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz
228818944/228813984 [==============================] - 11s 0us/step

สร้าง image.ImageDataGenerator

img_gen = tf.keras.preprocessing.image.ImageDataGenerator(rescale=1./255, rotation_range=20)

images, labels = next(img_gen.flow_from_directory(flowers))

Found 3670 images belonging to 5 classes.


print(images.dtype, images.shape)
print(labels.dtype, labels.shape)

float32 (32, 256, 256, 3)
float32 (32, 5)


ds = tf.data.Dataset.from_generator(
    lambda: img_gen.flow_from_directory(flowers), 
    output_types=(tf.float32, tf.float32), 
    output_shapes=([32,256,256,3], [32,5])
)

ds.element_spec

(TensorSpec(shape=(32, 256, 256, 3), dtype=tf.float32, name=None),
 TensorSpec(shape=(32, 5), dtype=tf.float32, name=None))

for images, label in ds.take(1):
  print('images.shape: ', images.shape)
  print('labels.shape: ', labels.shape)

Found 3670 images belonging to 5 classes.
images.shape:  (32, 256, 256, 3)
labels.shape:  (32, 5)

การใช้ข้อมูล TFRecord

ดูการ โหลด TFRecords สำหรับตัวอย่าง end-to-end

tf.data API รองรับไฟล์รูปแบบต่างๆเพื่อให้คุณประมวลผลชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่ไม่พอดีกับหน่วยความจำได้ ตัวอย่างเช่นรูปแบบไฟล์ TFRecord เป็นรูปแบบไบนารีเชิงบันทึกที่เรียบง่ายซึ่งแอปพลิเคชัน TensorFlow จำนวนมากใช้สำหรับข้อมูลการฝึกอบรม คลาส tf.data.TFRecordDataset ช่วยให้คุณสามารถสตรีมผ่านเนื้อหาของไฟล์ TFRecord ตั้งแต่หนึ่งไฟล์ขึ้นไปโดยเป็นส่วนหนึ่งของไปป์ไลน์อินพุต

นี่คือตัวอย่างการใช้ไฟล์ทดสอบจาก French Street Name Signs (FSNS)

# Creates a dataset that reads all of the examples from two files.
fsns_test_file = tf.keras.utils.get_file("fsns.tfrec", "https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/fsns-20160927/testdata/fsns-00000-of-00001")

Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/fsns-20160927/testdata/fsns-00000-of-00001
7905280/7904079 [==============================] - 0s 0us/step

อาร์กิวเมนต์ filenames สำหรับตัวเริ่มต้น TFRecordDataset อาจเป็นสตริงรายการสตริงหรือ tf.Tensor ของสตริงก็ได้ ดังนั้นหากคุณมีไฟล์สองชุดสำหรับวัตถุประสงค์ในการฝึกอบรมและการตรวจสอบความถูกต้องคุณสามารถสร้างเมธอดจากโรงงานที่สร้างชุดข้อมูลโดยใช้ชื่อไฟล์เป็นอาร์กิวเมนต์อินพุต:

dataset = tf.data.TFRecordDataset(filenames = [fsns_test_file])
dataset

<TFRecordDatasetV2 shapes: (), types: tf.string>

โครงการ TensorFlow จำนวนมากใช้ระเบียน tf.train.Example ในไฟล์ TFRecord สิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการถอดรหัสก่อนจึงจะตรวจสอบได้:

raw_example = next(iter(dataset))
parsed = tf.train.Example.FromString(raw_example.numpy())

parsed.features.feature['image/text']

bytes_list {
  value: "Rue Perreyon"
}

การใช้ข้อมูลข้อความ

ดูการ โหลดข้อความ สำหรับตัวอย่าง end to end

ชุดข้อมูลจำนวนมากถูกแจกจ่ายเป็นไฟล์ข้อความอย่างน้อยหนึ่งไฟล์ tf.data.TextLineDataset มีวิธีง่ายๆในการแยกบรรทัดจากไฟล์ข้อความอย่างน้อยหนึ่งไฟล์ ด้วยชื่อไฟล์อย่างน้อยหนึ่งชื่อ TextLineDataset จะสร้างองค์ประกอบที่มีค่าสตริงหนึ่งรายการต่อบรรทัดของไฟล์เหล่านั้น

directory_url = 'https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/illiad/'
file_names = ['cowper.txt', 'derby.txt', 'butler.txt']

file_paths = [
    tf.keras.utils.get_file(file_name, directory_url + file_name)
    for file_name in file_names
]

Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/illiad/cowper.txt
819200/815980 [==============================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/illiad/derby.txt
811008/809730 [==============================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/illiad/butler.txt
811008/807992 [==============================] - 0s 0us/step


dataset = tf.data.TextLineDataset(file_paths)

นี่คือสองสามบรรทัดแรกของไฟล์แรก:

for line in dataset.take(5):
  print(line.numpy())

b"\xef\xbb\xbfAchilles sing, O Goddess! Peleus' son;"
b'His wrath pernicious, who ten thousand woes'
b"Caused to Achaia's host, sent many a soul"
b'Illustrious into Ades premature,'
b'And Heroes gave (so stood the will of Jove)'

หากต้องการสลับบรรทัดระหว่างไฟล์ให้ใช้ Dataset.interleave ทำให้ง่ายต่อการสลับไฟล์ร่วมกัน บรรทัดแรกบรรทัดที่สองและสามจากการแปลแต่ละครั้งมีดังนี้

files_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(file_paths)
lines_ds = files_ds.interleave(tf.data.TextLineDataset, cycle_length=3)

for i, line in enumerate(lines_ds.take(9)):
  if i % 3 == 0:
    print()
  print(line.numpy())


b"\xef\xbb\xbfAchilles sing, O Goddess! Peleus' son;"
b"\xef\xbb\xbfOf Peleus' son, Achilles, sing, O Muse,"
b'\xef\xbb\xbfSing, O goddess, the anger of Achilles son of Peleus, that brought'

b'His wrath pernicious, who ten thousand woes'
b'The vengeance, deep and deadly; whence to Greece'
b'countless ills upon the Achaeans. Many a brave soul did it send'

b"Caused to Achaia's host, sent many a soul"
b'Unnumbered ills arose; which many a soul'
b'hurrying down to Hades, and many a hero did it yield a prey to dogs and'

ตามค่าเริ่มต้น TextLineDataset จะให้ ทุก บรรทัดของแต่ละไฟล์ซึ่งอาจไม่เป็นที่ต้องการตัวอย่างเช่นหากไฟล์เริ่มต้นด้วยบรรทัดส่วนหัวหรือมีข้อคิดเห็น เส้นเหล่านี้สามารถลบออกได้โดยใช้การ Dataset.skip() หรือ Dataset.filter() ที่นี่คุณข้ามบรรทัดแรกจากนั้นกรองเพื่อค้นหาผู้รอดชีวิตเท่านั้น

titanic_file = tf.keras.utils.get_file("train.csv", "https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")
titanic_lines = tf.data.TextLineDataset(titanic_file)

Downloading data from https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv
32768/30874 [===============================] - 0s 0us/step


for line in titanic_lines.take(10):
  print(line.numpy())

b'survived,sex,age,n_siblings_spouses,parch,fare,class,deck,embark_town,alone'
b'0,male,22.0,1,0,7.25,Third,unknown,Southampton,n'
b'1,female,38.0,1,0,71.2833,First,C,Cherbourg,n'
b'1,female,26.0,0,0,7.925,Third,unknown,Southampton,y'
b'1,female,35.0,1,0,53.1,First,C,Southampton,n'
b'0,male,28.0,0,0,8.4583,Third,unknown,Queenstown,y'
b'0,male,2.0,3,1,21.075,Third,unknown,Southampton,n'
b'1,female,27.0,0,2,11.1333,Third,unknown,Southampton,n'
b'1,female,14.0,1,0,30.0708,Second,unknown,Cherbourg,n'
b'1,female,4.0,1,1,16.7,Third,G,Southampton,n'


def survived(line):
  return tf.not_equal(tf.strings.substr(line, 0, 1), "0")

survivors = titanic_lines.skip(1).filter(survived)

for line in survivors.take(10):
  print(line.numpy())

b'1,female,38.0,1,0,71.2833,First,C,Cherbourg,n'
b'1,female,26.0,0,0,7.925,Third,unknown,Southampton,y'
b'1,female,35.0,1,0,53.1,First,C,Southampton,n'
b'1,female,27.0,0,2,11.1333,Third,unknown,Southampton,n'
b'1,female,14.0,1,0,30.0708,Second,unknown,Cherbourg,n'
b'1,female,4.0,1,1,16.7,Third,G,Southampton,n'
b'1,male,28.0,0,0,13.0,Second,unknown,Southampton,y'
b'1,female,28.0,0,0,7.225,Third,unknown,Cherbourg,y'
b'1,male,28.0,0,0,35.5,First,A,Southampton,y'
b'1,female,38.0,1,5,31.3875,Third,unknown,Southampton,n'

การใช้ข้อมูล CSV

ดูการ โหลดไฟล์ CSV และการ โหลด Pandas DataFrames สำหรับตัวอย่างเพิ่มเติม

รูปแบบไฟล์ CSV เป็นรูปแบบยอดนิยมสำหรับการจัดเก็บข้อมูลแบบตารางในรูปแบบข้อความธรรมดา

ตัวอย่างเช่น:

titanic_file = tf.keras.utils.get_file("train.csv", "https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")

df = pd.read_csv(titanic_file)
df.head()

หากข้อมูลของคุณพอดีกับหน่วยความจำวิธีการ Dataset.from_tensor_slices เดียวกันจะทำงานบนพจนานุกรมทำให้สามารถนำเข้าข้อมูลนี้ได้อย่างง่ายดาย:

titanic_slices = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(dict(df))

for feature_batch in titanic_slices.take(1):
  for key, value in feature_batch.items():
    print("  {!r:20s}: {}".format(key, value))

  'survived'          : 0
  'sex'               : b'male'
  'age'               : 22.0
  'n_siblings_spouses': 1
  'parch'             : 0
  'fare'              : 7.25
  'class'             : b'Third'
  'deck'              : b'unknown'
  'embark_town'       : b'Southampton'
  'alone'             : b'n'

วิธีที่ปรับขนาดได้มากขึ้นคือการโหลดจากดิสก์เท่าที่จำเป็น

โมดูล tf.data จัดเตรียมวิธีการแยกระเบียนจากไฟล์ CSV ตั้งแต่หนึ่งไฟล์ขึ้นไปที่สอดคล้องกับ RFC 4180

experimental.make_csv_dataset ฟังก์ชั่นคือการติดต่อระดับสูงสำหรับการอ่านชุดไฟล์ CSV สนับสนุนการอนุมานประเภทคอลัมน์และคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมายเช่นการแบทช์และการสับเพื่อให้การใช้งานง่ายขึ้น

titanic_batches = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    titanic_file, batch_size=4,
    label_name="survived")

for feature_batch, label_batch in titanic_batches.take(1):
  print("'survived': {}".format(label_batch))
  print("features:")
  for key, value in feature_batch.items():
    print("  {!r:20s}: {}".format(key, value))

'survived': [0 0 0 1]
features:
  'sex'               : [b'male' b'male' b'male' b'female']
  'age'               : [11. 16. 28. 19.]
  'n_siblings_spouses': [5 4 0 0]
  'parch'             : [2 1 0 2]
  'fare'              : [46.9    39.6875  7.75   26.2833]
  'class'             : [b'Third' b'Third' b'Third' b'First']
  'deck'              : [b'unknown' b'unknown' b'unknown' b'D']
  'embark_town'       : [b'Southampton' b'Southampton' b'Queenstown' b'Southampton']
  'alone'             : [b'n' b'n' b'y' b'n']

คุณสามารถใช้อาร์กิวเมนต์ select_columns หากคุณต้องการเพียงคอลัมน์ย่อย

titanic_batches = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    titanic_file, batch_size=4,
    label_name="survived", select_columns=['class', 'fare', 'survived'])

for feature_batch, label_batch in titanic_batches.take(1):
  print("'survived': {}".format(label_batch))
  for key, value in feature_batch.items():
    print("  {!r:20s}: {}".format(key, value))

'survived': [0 1 1 0]
  'fare'              : [ 0.     12.2875 30.      7.75  ]
  'class'             : [b'Second' b'Third' b'First' b'Third']

นอกจากนี้ยังมีคลาส experimental.CsvDataset ระดับล่างซึ่งให้การควบคุมที่ละเอียดยิ่งขึ้น ไม่สนับสนุนการอนุมานประเภทคอลัมน์ คุณต้องระบุประเภทของแต่ละคอลัมน์แทน

titanic_types  = [tf.int32, tf.string, tf.float32, tf.int32, tf.int32, tf.float32, tf.string, tf.string, tf.string, tf.string] 
dataset = tf.data.experimental.CsvDataset(titanic_file, titanic_types , header=True)

for line in dataset.take(10):
  print([item.numpy() for item in line])

[0, b'male', 22.0, 1, 0, 7.25, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'n']
[1, b'female', 38.0, 1, 0, 71.2833, b'First', b'C', b'Cherbourg', b'n']
[1, b'female', 26.0, 0, 0, 7.925, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'y']
[1, b'female', 35.0, 1, 0, 53.1, b'First', b'C', b'Southampton', b'n']
[0, b'male', 28.0, 0, 0, 8.4583, b'Third', b'unknown', b'Queenstown', b'y']
[0, b'male', 2.0, 3, 1, 21.075, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'n']
[1, b'female', 27.0, 0, 2, 11.1333, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'n']
[1, b'female', 14.0, 1, 0, 30.0708, b'Second', b'unknown', b'Cherbourg', b'n']
[1, b'female', 4.0, 1, 1, 16.7, b'Third', b'G', b'Southampton', b'n']
[0, b'male', 20.0, 0, 0, 8.05, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'y']

หากบางคอลัมน์ว่างเปล่าอินเทอร์เฟซระดับต่ำนี้จะช่วยให้คุณระบุค่าเริ่มต้นแทนประเภทคอลัมน์

%%writefile missing.csv
1,2,3,4
,2,3,4
1,,3,4
1,2,,4
1,2,3,
,,,

Writing missing.csv


# Creates a dataset that reads all of the records from two CSV files, each with
# four float columns which may have missing values.

record_defaults = [999,999,999,999]
dataset = tf.data.experimental.CsvDataset("missing.csv", record_defaults)
dataset = dataset.map(lambda *items: tf.stack(items))
dataset

<MapDataset shapes: (4,), types: tf.int32>

for line in dataset:
  print(line.numpy())

[1 2 3 4]
[999   2   3   4]
[  1 999   3   4]
[  1   2 999   4]
[  1   2   3 999]
[999 999 999 999]

ตามค่าเริ่มต้นชุดข้อมูล CsvDataset จะให้ ทุก คอลัมน์ของ ทุก บรรทัดของไฟล์ซึ่งอาจไม่เป็นที่ต้องการตัวอย่างเช่นหากไฟล์เริ่มต้นด้วยบรรทัดส่วนหัวที่ควรละเว้นหรือหากบางคอลัมน์ไม่จำเป็นต้องใช้ในอินพุต บรรทัดและฟิลด์เหล่านี้สามารถลบออกได้โดยใช้อาร์กิวเมนต์ header และ select_cols ตามลำดับ

# Creates a dataset that reads all of the records from two CSV files with
# headers, extracting float data from columns 2 and 4.
record_defaults = [999, 999] # Only provide defaults for the selected columns
dataset = tf.data.experimental.CsvDataset("missing.csv", record_defaults, select_cols=[1, 3])
dataset = dataset.map(lambda *items: tf.stack(items))
dataset

<MapDataset shapes: (2,), types: tf.int32>

for line in dataset:
  print(line.numpy())

[2 4]
[2 4]
[999   4]
[2 4]
[  2 999]
[999 999]

การใช้ชุดไฟล์

มีชุดข้อมูลจำนวนมากที่แจกจ่ายเป็นชุดไฟล์โดยแต่ละไฟล์เป็นตัวอย่าง

flowers_root = tf.keras.utils.get_file(
    'flower_photos',
    'https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz',
    untar=True)
flowers_root = pathlib.Path(flowers_root)

ไดเร็กทอรีรูทมีไดเร็กทอรีสำหรับแต่ละคลาส:

for item in flowers_root.glob("*"):
  print(item.name)

sunflowers
daisy
LICENSE.txt
roses
tulips
dandelion

ไฟล์ในแต่ละคลาสไดเร็กทอรีเป็นตัวอย่าง:

list_ds = tf.data.Dataset.list_files(str(flowers_root/'*/*'))

for f in list_ds.take(5):
  print(f.numpy())

b'/home/kbuilder/.keras/datasets/flower_photos/sunflowers/4868595281_1e58083785.jpg'
b'/home/kbuilder/.keras/datasets/flower_photos/daisy/5883162120_dc7274af76_n.jpg'
b'/home/kbuilder/.keras/datasets/flower_photos/tulips/12883412424_cb5086b43f_n.jpg'
b'/home/kbuilder/.keras/datasets/flower_photos/roses/13264214185_d6aa79b3bd.jpg'
b'/home/kbuilder/.keras/datasets/flower_photos/roses/6690926183_afedba9f15_n.jpg'

อ่านข้อมูลโดยใช้ฟังก์ชันtf.io.read_file และแยกฉลากออกจากพา ธ ส่งคืนคู่ (image, label) :

def process_path(file_path):
  label = tf.strings.split(file_path, os.sep)[-2]
  return tf.io.read_file(file_path), label

labeled_ds = list_ds.map(process_path)

for image_raw, label_text in labeled_ds.take(1):
  print(repr(image_raw.numpy()[:100]))
  print()
  print(label_text.numpy())

b'\xff\xd8\xff\xe0\x00\x10JFIF\x00\x01\x01\x00\x00\x01\x00\x01\x00\x00\xff\xfe\x00\x0cAppleMark\n\xff\xe2\x05(ICC_PROFILE\x00\x01\x01\x00\x00\x05\x18appl\x02 \x00\x00scnrRGB XYZ \x07\xd3\x00\x07\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00acspAPPL\x00\x00\x00\x00'

b'sunflowers'

องค์ประกอบชุดข้อมูลแบบแบตช์

การผสมแบบง่าย

รูปแบบที่ง่ายที่สุดของ batching stacks n องค์ประกอบที่ต่อเนื่องกันของชุดข้อมูลเป็นองค์ประกอบเดียว การ Dataset.batch() ทำสิ่งนี้ทุกประการโดยมีข้อ จำกัด เดียวกันกับตัวดำเนินการ tf.stack() ใช้กับแต่ละองค์ประกอบขององค์ประกอบนั่นคือสำหรับแต่ละองค์ประกอบ i องค์ประกอบทั้งหมดต้องมีค่าเทนเซอร์ที่มีรูปร่างเหมือนกันทุกประการ

inc_dataset = tf.data.Dataset.range(100)
dec_dataset = tf.data.Dataset.range(0, -100, -1)
dataset = tf.data.Dataset.zip((inc_dataset, dec_dataset))
batched_dataset = dataset.batch(4)

for batch in batched_dataset.take(4):
  print([arr.numpy() for arr in batch])

[array([0, 1, 2, 3]), array([ 0, -1, -2, -3])]
[array([4, 5, 6, 7]), array([-4, -5, -6, -7])]
[array([ 8,  9, 10, 11]), array([ -8,  -9, -10, -11])]
[array([12, 13, 14, 15]), array([-12, -13, -14, -15])]

ในขณะที่ tf.data พยายามเผยแพร่ข้อมูลรูปร่างการตั้งค่าเริ่มต้นของ Dataset.batch ส่งผลให้มีขนาดชุดงานที่ไม่รู้จักเนื่องจากชุดงานสุดท้ายอาจไม่เต็ม สังเกตว่า None ในรูปร่าง:

batched_dataset

<BatchDataset shapes: ((None,), (None,)), types: (tf.int64, tf.int64)>

ใช้อาร์กิวเมนต์ drop_remainder เพื่อละเว้นชุดสุดท้ายและรับการขยายรูปร่างแบบเต็ม:

batched_dataset = dataset.batch(7, drop_remainder=True)
batched_dataset

<BatchDataset shapes: ((7,), (7,)), types: (tf.int64, tf.int64)>

แบทช์เทนเซอร์พร้อมช่องว่างภายใน

สูตรข้างต้นใช้ได้กับเทนเซอร์ที่มีขนาดเท่ากันทั้งหมด อย่างไรก็ตามโมเดลจำนวนมาก (เช่นแบบจำลองลำดับ) ทำงานกับข้อมูลอินพุตที่มีขนาดแตกต่างกันไป (เช่นลำดับความยาวต่างกัน) ในการจัดการกรณีนี้การแปลง Dataset.padded_batch ช่วยให้คุณสามารถแบตช์เทนเซอร์ที่มีรูปร่างต่างกันได้โดยการระบุมิติข้อมูลอย่างน้อยหนึ่งมิติซึ่งอาจมีการบุนวม

dataset = tf.data.Dataset.range(100)
dataset = dataset.map(lambda x: tf.fill([tf.cast(x, tf.int32)], x))
dataset = dataset.padded_batch(4, padded_shapes=(None,))

for batch in dataset.take(2):
  print(batch.numpy())
  print()

[[0 0 0]
 [1 0 0]
 [2 2 0]
 [3 3 3]]

[[4 4 4 4 0 0 0]
 [5 5 5 5 5 0 0]
 [6 6 6 6 6 6 0]
 [7 7 7 7 7 7 7]]

การแปลง Dataset.padded_batch ช่วยให้คุณตั้งค่าช่องว่างภายในที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละมิติของแต่ละองค์ประกอบและอาจเป็นความยาวผันแปร (แสดงโดย None ในตัวอย่างด้านบน) หรือความยาวคงที่ นอกจากนี้ยังสามารถแทนที่ค่าช่องว่างภายในซึ่งมีค่าเริ่มต้นเป็น 0

เวิร์กโฟลว์การฝึกอบรม

การประมวลผลหลายยุค

tf.data API นำเสนอสองวิธีหลักในการประมวลผลหลายยุคของข้อมูลเดียวกัน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการวนซ้ำชุดข้อมูลในหลายยุคคือการใช้การ Dataset.repeat() ขั้นแรกสร้างชุดข้อมูลไททานิก:

titanic_file = tf.keras.utils.get_file("train.csv", "https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")
titanic_lines = tf.data.TextLineDataset(titanic_file)

def plot_batch_sizes(ds):
  batch_sizes = [batch.shape[0] for batch in ds]
  plt.bar(range(len(batch_sizes)), batch_sizes)
  plt.xlabel('Batch number')
  plt.ylabel('Batch size')

การใช้การ Dataset.repeat() โดยไม่มีอาร์กิวเมนต์จะเป็นการป้อนข้อมูลซ้ำไปเรื่อย ๆ

การแปลง Dataset.repeat เชื่อมต่ออาร์กิวเมนต์โดยไม่ส่งสัญญาณการสิ้นสุดของยุคหนึ่งและจุดเริ่มต้นของยุคถัดไป ด้วยเหตุนี้ Dataset.batch ใช้ Dataset.batch หลังจาก Dataset.repeat จะให้ชุดงานที่คร่อมขอบเขตยุค:

titanic_batches = titanic_lines.repeat(3).batch(128)
plot_batch_sizes(titanic_batches)

png

หากคุณต้องการการแยกยุคที่ชัดเจนให้ใส่ Dataset.batch ก่อนทำซ้ำ:

titanic_batches = titanic_lines.batch(128).repeat(3)

plot_batch_sizes(titanic_batches)

png

หากคุณต้องการทำการคำนวณแบบกำหนดเอง (เช่นเพื่อรวบรวมสถิติ) ในตอนท้ายของแต่ละยุคการเริ่มต้นการทำซ้ำชุดข้อมูลในแต่ละยุคจะทำได้ง่ายที่สุด:

epochs = 3
dataset = titanic_lines.batch(128)

for epoch in range(epochs):
  for batch in dataset:
    print(batch.shape)
  print("End of epoch: ", epoch)

(128,)
(128,)
(128,)
(128,)
(116,)
End of epoch:  0
(128,)
(128,)
(128,)
(128,)
(116,)
End of epoch:  1
(128,)
(128,)
(128,)
(128,)
(116,)
End of epoch:  2

สุ่มสับข้อมูลอินพุต

การ Dataset.shuffle() รักษาบัฟเฟอร์ขนาดคงที่และเลือกองค์ประกอบถัดไปแบบสุ่มจากบัฟเฟอร์นั้น

เพิ่มดัชนีลงในชุดข้อมูลเพื่อให้คุณเห็นผล:

lines = tf.data.TextLineDataset(titanic_file)
counter = tf.data.experimental.Counter()

dataset = tf.data.Dataset.zip((counter, lines))
dataset = dataset.shuffle(buffer_size=100)
dataset = dataset.batch(20)
dataset

<BatchDataset shapes: ((None,), (None,)), types: (tf.int64, tf.string)>

เนื่องจาก buffer_size คือ 100 และขนาดแบตช์คือ 20 ชุดงานแรกจึงไม่มีองค์ประกอบที่มีดัชนีมากกว่า 120

n,line_batch = next(iter(dataset))
print(n.numpy())

[ 90  75  39  84 102   5  98 101  51  72  54  33 104  59 110  29  92  50
  36 103]

เช่นเดียวกับ Dataset.batch ลำดับที่สัมพันธ์กับ Dataset.repeat สำคัญ

Dataset.shuffle ไม่ส่งสัญญาณการสิ้นสุดยุคจนกว่าบัฟเฟอร์การสุ่มจะว่างเปล่า ดังนั้นการสับเปลี่ยนที่วางไว้ก่อนการเล่นซ้ำจะแสดงทุกองค์ประกอบของยุคหนึ่งก่อนที่จะย้ายไปที่ถัดไป:

dataset = tf.data.Dataset.zip((counter, lines))
shuffled = dataset.shuffle(buffer_size=100).batch(10).repeat(2)

print("Here are the item ID's near the epoch boundary:\n")
for n, line_batch in shuffled.skip(60).take(5):
  print(n.numpy())

Here are the item ID's near the epoch boundary:

[550 618 614 435 556 530 578 451 590 604]
[464 453 610 412 282 596 601 612 584 606]
[368 469 575 607 586 537 444 300]
[ 15  98  65  26  40  39 101  54  32  10]
[  8 102  68 108  12  96   2  87  80  37]


shuffle_repeat = [n.numpy().mean() for n, line_batch in shuffled]
plt.plot(shuffle_repeat, label="shuffle().repeat()")
plt.ylabel("Mean item ID")
plt.legend()

<matplotlib.legend.Legend at 0x7f3f083eebe0>

png

แต่การทำซ้ำก่อนการสุ่มจะผสมผสานขอบเขตยุคเข้าด้วยกัน:

dataset = tf.data.Dataset.zip((counter, lines))
shuffled = dataset.repeat(2).shuffle(buffer_size=100).batch(10)

print("Here are the item ID's near the epoch boundary:\n")
for n, line_batch in shuffled.skip(55).take(15):
  print(n.numpy())

Here are the item ID's near the epoch boundary:

[576 618 527   9 602 612  21 574 504 622]
[623  26  32 616 626 482 617 598   0 614]
[476   1 473  14  10 267  29  31  43  48]
[588  13 470 467  12 596 619  46  28 528]
[609   2  52 542 607  23  35  38 620 523]
[509 477 571  15  56  74 565 525  58  19]
[359  40  22 627 317  54 526  16 562  33]
[ 67 500 584 531  49  86  51  81  78 583]
[ 24 557 452  47 124 485 610  45  27  17]
[379  66  85  91 599  97 499 112 108  11]
[ 39 164 101  96 543  64 109 564  82  18]
[533 120  30  63 115  88  95  75 133  34]
[ 92  65 102 132  76 119 131 475 572  50]
[ 94 145 144 603 152 505 621 140 448 122]
[ 70 159 146  84  71 160  42  72  41 139]


repeat_shuffle = [n.numpy().mean() for n, line_batch in shuffled]

plt.plot(shuffle_repeat, label="shuffle().repeat()")
plt.plot(repeat_shuffle, label="repeat().shuffle()")
plt.ylabel("Mean item ID")
plt.legend()

<matplotlib.legend.Legend at 0x7f3f0838c860>

png

การประมวลผลข้อมูลล่วงหน้า

การ Dataset.map(f) สร้างชุดข้อมูลใหม่โดยใช้ฟังก์ชันที่กำหนด f กับแต่ละองค์ประกอบของชุดข้อมูลอินพุต มันขึ้นอยู่กับฟังก์ชัน map() ที่มักใช้กับรายการ (และโครงสร้างอื่น ๆ ) ในภาษาโปรแกรมการทำงาน ฟังก์ชัน f รับวัตถุ tf.Tensor ที่แสดงถึงองค์ประกอบเดียวในอินพุตและส่งคืน tf.Tensor ที่จะแทนองค์ประกอบเดียวในชุดข้อมูลใหม่ การนำไปใช้งานใช้การดำเนินการ TensorFlow มาตรฐานเพื่อเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่ง

ส่วนนี้ครอบคลุมตัวอย่างทั่วไปของวิธีใช้ Dataset.map()

การถอดรหัสข้อมูลภาพและปรับขนาด

เมื่อฝึกอบรมเครือข่ายประสาทเทียมกับข้อมูลภาพในโลกแห่งความเป็นจริงมักจำเป็นต้องแปลงภาพที่มีขนาดต่างกันเป็นขนาดทั่วไปเพื่อที่จะรวมเป็นขนาดคงที่

สร้างชุดข้อมูลชื่อไฟล์ดอกไม้ใหม่:

list_ds = tf.data.Dataset.list_files(str(flowers_root/'*/*'))

เขียนฟังก์ชันที่จัดการกับองค์ประกอบชุดข้อมูล

# Reads an image from a file, decodes it into a dense tensor, and resizes it
# to a fixed shape.
def parse_image(filename):
  parts = tf.strings.split(filename, os.sep)
  label = parts[-2]

  image = tf.io.read_file(filename)
  image = tf.image.decode_jpeg(image)
  image = tf.image.convert_image_dtype(image, tf.float32)
  image = tf.image.resize(image, [128, 128])
  return image, label

ทดสอบว่าใช้งานได้จริง

file_path = next(iter(list_ds))
image, label = parse_image(file_path)

def show(image, label):
  plt.figure()
  plt.imshow(image)
  plt.title(label.numpy().decode('utf-8'))
  plt.axis('off')

show(image, label)

png

แมปไว้เหนือชุดข้อมูล

images_ds = list_ds.map(parse_image)

for image, label in images_ds.take(2):
  show(image, label)

png

png

ใช้ตรรกะ Python โดยพลการ

ด้วยเหตุผลด้านประสิทธิภาพให้ใช้การดำเนินการ TensorFlow สำหรับการประมวลผลข้อมูลของคุณล่วงหน้าทุกครั้งที่ทำได้ อย่างไรก็ตามบางครั้งก็มีประโยชน์ในการเรียกไลบรารี Python ภายนอกเมื่อแยกวิเคราะห์ข้อมูลอินพุตของคุณ คุณสามารถใช้ tf.py_function() การดำเนินงานใน Dataset.map() การเปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการใช้การหมุนแบบสุ่มโมดูล tf.image จะมีเฉพาะ tf.image.rot90 ซึ่งไม่มีประโยชน์มากนักสำหรับการเพิ่มรูปภาพ

ในการสาธิต tf.py_function ให้ลองใช้ฟังก์ชัน scipy.ndimage.rotate แทน:

import scipy.ndimage as ndimage

def random_rotate_image(image):
  image = ndimage.rotate(image, np.random.uniform(-30, 30), reshape=False)
  return image

image, label = next(iter(images_ds))
image = random_rotate_image(image)
show(image, label)

Clipping input data to the valid range for imshow with RGB data ([0..1] for floats or [0..255] for integers).

png

ในการใช้ฟังก์ชันนี้กับ Dataset.map จะใช้คำเตือนเดียวกันกับ Dataset.from_generator คุณต้องอธิบายรูปร่างและประเภทที่ส่งคืนเมื่อคุณใช้ฟังก์ชัน:

def tf_random_rotate_image(image, label):
  im_shape = image.shape
  [image,] = tf.py_function(random_rotate_image, [image], [tf.float32])
  image.set_shape(im_shape)
  return image, label

rot_ds = images_ds.map(tf_random_rotate_image)

for image, label in rot_ds.take(2):
  show(image, label)

Clipping input data to the valid range for imshow with RGB data ([0..1] for floats or [0..255] for integers).
Clipping input data to the valid range for imshow with RGB data ([0..1] for floats or [0..255] for integers).

png

png

การแยกวิเคราะห์ tf.Example ข้อความบัฟเฟอร์โปรโตคอล

ไปป์ไลน์อินพุตจำนวนมากดึงข้อความบัฟเฟอร์โปรโตคอล tf.train.Example จากรูปแบบ TFRecord แต่ละระเบียน tf.train.Example มี "คุณลักษณะ" อย่างน้อยหนึ่งรายการและโดยทั่วไปไปป์ไลน์อินพุตจะแปลงคุณลักษณะเหล่านี้เป็นเทนเซอร์

fsns_test_file = tf.keras.utils.get_file("fsns.tfrec", "https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/fsns-20160927/testdata/fsns-00000-of-00001")
dataset = tf.data.TFRecordDataset(filenames = [fsns_test_file])
dataset

<TFRecordDatasetV2 shapes: (), types: tf.string>

คุณสามารถทำงานกับ tf.train.Example protos นอกtf.data.Dataset เพื่อทำความเข้าใจข้อมูล:

raw_example = next(iter(dataset))
parsed = tf.train.Example.FromString(raw_example.numpy())

feature = parsed.features.feature
raw_img = feature['image/encoded'].bytes_list.value[0]
img = tf.image.decode_png(raw_img)
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
_ = plt.title(feature["image/text"].bytes_list.value[0])

png

raw_example = next(iter(dataset))

def tf_parse(eg):
  example = tf.io.parse_example(
      eg[tf.newaxis], {
          'image/encoded': tf.io.FixedLenFeature(shape=(), dtype=tf.string),
          'image/text': tf.io.FixedLenFeature(shape=(), dtype=tf.string)
      })
  return example['image/encoded'][0], example['image/text'][0]

img, txt = tf_parse(raw_example)
print(txt.numpy())
print(repr(img.numpy()[:20]), "...")

b'Rue Perreyon'
b'\x89PNG\r\n\x1a\n\x00\x00\x00\rIHDR\x00\x00\x02X' ...


decoded = dataset.map(tf_parse)
decoded

<MapDataset shapes: ((), ()), types: (tf.string, tf.string)>

image_batch, text_batch = next(iter(decoded.batch(10)))
image_batch.shape

TensorShape([10])

หน้าต่างอนุกรมเวลา

สำหรับตัวอย่างอนุกรมเวลาตั้งแต่ต้นจนจบโปรดดู: การ คาดการณ์อนุกรมเวลา

ข้อมูลอนุกรมเวลามักจะถูกจัดระเบียบโดยให้แกนเวลาเหมือนเดิม

ใช้ Dataset.range แบบง่ายเพื่อสาธิต:

range_ds = tf.data.Dataset.range(100000)

โดยทั่วไปแล้วโมเดลที่ใช้ข้อมูลประเภทนี้จะต้องการส่วนเวลาที่ต่อเนื่องกัน

วิธีที่ง่ายที่สุดคือการจัดกลุ่มข้อมูล:

ใช้ batch

batches = range_ds.batch(10, drop_remainder=True)

for batch in batches.take(5):
  print(batch.numpy())

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]
[20 21 22 23 24 25 26 27 28 29]
[30 31 32 33 34 35 36 37 38 39]
[40 41 42 43 44 45 46 47 48 49]

หรือหากต้องการคาดเดาอย่างหนาแน่นไปอีกขั้นหนึ่งคุณอาจเปลี่ยนคุณลักษณะและป้ายกำกับทีละขั้นตอนโดยสัมพันธ์กัน:

def dense_1_step(batch):
  # Shift features and labels one step relative to each other.
  return batch[:-1], batch[1:]

predict_dense_1_step = batches.map(dense_1_step)

for features, label in predict_dense_1_step.take(3):
  print(features.numpy(), " => ", label.numpy())

[0 1 2 3 4 5 6 7 8]  =>  [1 2 3 4 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14 15 16 17 18]  =>  [11 12 13 14 15 16 17 18 19]
[20 21 22 23 24 25 26 27 28]  =>  [21 22 23 24 25 26 27 28 29]

ในการทำนายทั้งหน้าต่างแทนที่จะเป็นค่าชดเชยคงที่คุณสามารถแบ่งแบทช์ออกเป็นสองส่วน:

batches = range_ds.batch(15, drop_remainder=True)

def label_next_5_steps(batch):
  return (batch[:-5],   # Take the first 5 steps
          batch[-5:])   # take the remainder

predict_5_steps = batches.map(label_next_5_steps)

for features, label in predict_5_steps.take(3):
  print(features.numpy(), " => ", label.numpy())

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  =>  [10 11 12 13 14]
[15 16 17 18 19 20 21 22 23 24]  =>  [25 26 27 28 29]
[30 31 32 33 34 35 36 37 38 39]  =>  [40 41 42 43 44]

หากต้องการให้บางส่วนทับซ้อนกันระหว่างคุณลักษณะของชุดงานหนึ่งและป้ายกำกับของอีกชุดหนึ่งให้ใช้ Dataset.zip :

feature_length = 10
label_length = 3

features = range_ds.batch(feature_length, drop_remainder=True)
labels = range_ds.batch(feature_length).skip(1).map(lambda labels: labels[:label_length])

predicted_steps = tf.data.Dataset.zip((features, labels))

for features, label in predicted_steps.take(5):
  print(features.numpy(), " => ", label.numpy())

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]  =>  [10 11 12]
[10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]  =>  [20 21 22]
[20 21 22 23 24 25 26 27 28 29]  =>  [30 31 32]
[30 31 32 33 34 35 36 37 38 39]  =>  [40 41 42]
[40 41 42 43 44 45 46 47 48 49]  =>  [50 51 52]

ใช้ window

ในขณะที่ใช้ Dataset.batch มีสถานการณ์ที่คุณอาจต้องการการควบคุมที่ละเอียดขึ้น เมธอด Dataset.window ช่วยให้คุณสามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ แต่ต้องการการดูแลบางอย่าง: จะส่งคืน Dataset ของ Datasets ดูรายละเอียด โครงสร้างชุดข้อมูล

window_size = 5

windows = range_ds.window(window_size, shift=1)
for sub_ds in windows.take(5):
  print(sub_ds)

<_VariantDataset shapes: (), types: tf.int64>
<_VariantDataset shapes: (), types: tf.int64>
<_VariantDataset shapes: (), types: tf.int64>
<_VariantDataset shapes: (), types: tf.int64>
<_VariantDataset shapes: (), types: tf.int64>

เมธอด Dataset.flat_map สามารถใช้ชุดข้อมูลของชุดข้อมูลและทำให้แบนเป็นชุดข้อมูลเดียว:

for x in windows.flat_map(lambda x: x).take(30):
   print(x.numpy(), end=' ')

0 1 2 3 4 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7 4 5 6 7 8 5 6 7 8 9

ในเกือบทุกกรณีคุณจะต้อง. .batch ชุดข้อมูลก่อน:

def sub_to_batch(sub):
  return sub.batch(window_size, drop_remainder=True)

for example in windows.flat_map(sub_to_batch).take(5):
  print(example.numpy())

[0 1 2 3 4]
[1 2 3 4 5]
[2 3 4 5 6]
[3 4 5 6 7]
[4 5 6 7 8]

ตอนนี้คุณจะเห็นว่าอาร์กิวเมนต์ shift ควบคุมว่าแต่ละหน้าต่างจะเลื่อนไปมากแค่ไหน

เมื่อรวมสิ่งนี้เข้าด้วยกันคุณอาจเขียนฟังก์ชันนี้:

def make_window_dataset(ds, window_size=5, shift=1, stride=1):
  windows = ds.window(window_size, shift=shift, stride=stride)

  def sub_to_batch(sub):
    return sub.batch(window_size, drop_remainder=True)

  windows = windows.flat_map(sub_to_batch)
  return windows

ds = make_window_dataset(range_ds, window_size=10, shift = 5, stride=3)

for example in ds.take(10):
  print(example.numpy())

[ 0  3  6  9 12 15 18 21 24 27]
[ 5  8 11 14 17 20 23 26 29 32]
[10 13 16 19 22 25 28 31 34 37]
[15 18 21 24 27 30 33 36 39 42]
[20 23 26 29 32 35 38 41 44 47]
[25 28 31 34 37 40 43 46 49 52]
[30 33 36 39 42 45 48 51 54 57]
[35 38 41 44 47 50 53 56 59 62]
[40 43 46 49 52 55 58 61 64 67]
[45 48 51 54 57 60 63 66 69 72]

จากนั้นจึงง่ายต่อการแยกฉลากเหมือนเมื่อก่อน:

dense_labels_ds = ds.map(dense_1_step)

for inputs,labels in dense_labels_ds.take(3):
  print(inputs.numpy(), "=>", labels.numpy())

[ 0  3  6  9 12 15 18 21 24] => [ 3  6  9 12 15 18 21 24 27]
[ 5  8 11 14 17 20 23 26 29] => [ 8 11 14 17 20 23 26 29 32]
[10 13 16 19 22 25 28 31 34] => [13 16 19 22 25 28 31 34 37]

การสุ่มตัวอย่างใหม่

เมื่อทำงานกับชุดข้อมูลที่มีความไม่สมดุลของคลาสมากคุณอาจต้องการสุ่มตัวอย่างชุดข้อมูลอีกครั้ง tf.data มีสองวิธีในการดำเนินการนี้ ชุดข้อมูลการฉ้อโกงบัตรเครดิตเป็นตัวอย่างที่ดีของปัญหาประเภทนี้

zip_path = tf.keras.utils.get_file(
    origin='https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/creditcard.zip',
    fname='creditcard.zip',
    extract=True)

csv_path = zip_path.replace('.zip', '.csv')

Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/creditcard.zip
69156864/69155632 [==============================] - 3s 0us/step


creditcard_ds = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    csv_path, batch_size=1024, label_name="Class",
    # Set the column types: 30 floats and an int.
    column_defaults=[float()]*30+[int()])

ตอนนี้ตรวจสอบการกระจายของคลาสมันเบ้มาก:

def count(counts, batch):
  features, labels = batch
  class_1 = labels == 1
  class_1 = tf.cast(class_1, tf.int32)

  class_0 = labels == 0
  class_0 = tf.cast(class_0, tf.int32)

  counts['class_0'] += tf.reduce_sum(class_0)
  counts['class_1'] += tf.reduce_sum(class_1)

  return counts

counts = creditcard_ds.take(10).reduce(
    initial_state={'class_0': 0, 'class_1': 0},
    reduce_func = count)

counts = np.array([counts['class_0'].numpy(),
                   counts['class_1'].numpy()]).astype(np.float32)

fractions = counts/counts.sum()
print(fractions)

[0.9952 0.0048]

แนวทางทั่วไปในการฝึกกับชุดข้อมูลที่ไม่สมดุลคือการปรับสมดุล tf.data มีวิธีการบางอย่างที่เปิดใช้งานเวิร์กโฟลว์นี้:

การสุ่มตัวอย่างชุดข้อมูล

แนวทางหนึ่งในการสุ่มตัวอย่างชุดข้อมูลใหม่คือการใช้ sample_from_datasets สิ่งนี้ใช้ได้มากกว่าเมื่อคุณมีdata.Dataset แยกต่างหากชุดdata.Dataset สำหรับแต่ละคลาส

ที่นี่เพียงใช้ตัวกรองเพื่อสร้างจากข้อมูลการฉ้อโกงบัตรเครดิต:

negative_ds = (
  creditcard_ds
    .unbatch()
    .filter(lambda features, label: label==0)
    .repeat())
positive_ds = (
  creditcard_ds
    .unbatch()
    .filter(lambda features, label: label==1)
    .repeat())

for features, label in positive_ds.batch(10).take(1):
  print(label.numpy())

[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]

ในการใช้ tf.data.experimental.sample_from_datasets ส่งชุดข้อมูลและน้ำหนักสำหรับแต่ละชุด:

balanced_ds = tf.data.experimental.sample_from_datasets(
    [negative_ds, positive_ds], [0.5, 0.5]).batch(10)

ตอนนี้ชุดข้อมูลจะสร้างตัวอย่างของแต่ละคลาสด้วยความน่าจะเป็น 50/50:

for features, labels in balanced_ds.take(10):
  print(labels.numpy())

[1 0 1 0 1 1 0 0 1 0]
[0 0 1 1 1 1 0 0 1 1]
[1 1 0 1 1 0 1 1 0 0]
[1 0 1 1 0 0 0 0 0 1]
[1 1 0 1 1 0 0 0 1 0]
[1 0 1 1 1 0 0 0 1 1]
[0 1 1 0 0 0 1 0 1 0]
[0 1 1 1 1 0 1 1 1 0]
[0 0 1 1 1 1 0 0 1 1]
[0 0 0 0 1 0 0 1 0 0]

การสุ่มตัวอย่างการปฏิเสธ

ปัญหาอย่างหนึ่งของวิธี experimental.sample_from_datasets ข้างต้นtf.data.Dataset คือต้องการชุดข้อมูลtf.data.Dataset แยกต่างหากต่อคลาส การใช้ Dataset.filter ใช้งานได้ แต่ส่งผลให้ข้อมูลทั้งหมดถูกโหลดสองครั้ง

ฟังก์ชัน data.experimental.rejection_resample สามารถนำไปใช้กับชุดข้อมูลเพื่อปรับสมดุลใหม่ได้ในขณะที่โหลดเพียงครั้งเดียว องค์ประกอบจะถูกทิ้งจากชุดข้อมูลเพื่อให้เกิดความสมดุล

data.experimental.rejection_resample ใช้อาร์กิวเมนต์ class_func class_func นี้ถูกนำไปใช้กับแต่ละองค์ประกอบของชุดข้อมูลและใช้เพื่อพิจารณาว่าคลาสใดเป็นของตัวอย่างเพื่อจุดประสงค์ในการปรับสมดุล

องค์ประกอบของ creditcard_ds มีคู่ (features, label) อยู่แล้ว ดังนั้น class_func ก็ต้องส่งคืนป้ายกำกับเหล่านั้น:

def class_func(features, label):
  return label

resampler ยังต้องการการกระจายเป้าหมายและการประมาณการการกระจายเริ่มต้นเป็นทางเลือก:

resampler = tf.data.experimental.rejection_resample(
    class_func, target_dist=[0.5, 0.5], initial_dist=fractions)

resampler เกี่ยวข้องกับแต่ละตัวอย่างดังนั้นคุณต้อง unbatch ชุดข้อมูลก่อนที่จะใช้ resampler:

resample_ds = creditcard_ds.unbatch().apply(resampler).batch(10)

WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/data/experimental/ops/resampling.py:156: Print (from tensorflow.python.ops.logging_ops) is deprecated and will be removed after 2018-08-20.
Instructions for updating:
Use tf.print instead of tf.Print. Note that tf.print returns a no-output operator that directly prints the output. Outside of defuns or eager mode, this operator will not be executed unless it is directly specified in session.run or used as a control dependency for other operators. This is only a concern in graph mode. Below is an example of how to ensure tf.print executes in graph mode:

resampler ส่งคืนสร้างคู่ (class, example) จากเอาต์พุตของ class_func ในกรณีนี้ example เป็นคู่ (feature, label) แล้วดังนั้นให้ใช้ map เพื่อวางสำเนาพิเศษของป้ายกำกับ:

balanced_ds = resample_ds.map(lambda extra_label, features_and_label: features_and_label)

ตอนนี้ชุดข้อมูลจะสร้างตัวอย่างของแต่ละคลาสด้วยความน่าจะเป็น 50/50:

for features, labels in balanced_ds.take(10):
  print(labels.numpy())

[0 1 0 1 1 1 0 1 1 1]
[0 1 1 1 1 0 1 0 0 1]
[1 0 1 1 0 1 0 1 1 1]
[1 0 0 1 1 0 0 0 1 0]
[1 1 1 1 1 0 0 0 1 0]
[0 0 0 0 1 0 1 1 0 1]
[0 1 0 1 1 1 0 1 1 0]
[1 0 0 0 0 1 0 1 0 0]
[0 1 1 1 0 1 1 1 1 0]
[0 1 1 1 1 0 1 1 1 0]

Iterator Checkpointing

Tensorflow รองรับ การตั้งจุดตรวจ เพื่อที่เมื่อกระบวนการฝึกของคุณเริ่มต้นใหม่มันจะสามารถกู้คืนด่านล่าสุดเพื่อกู้คืนความคืบหน้าส่วนใหญ่ได้ นอกจากการตรวจสอบตัวแปรแบบจำลองแล้วคุณยังสามารถตรวจสอบความคืบหน้าของตัววนซ้ำชุดข้อมูลได้อีกด้วย สิ่งนี้อาจมีประโยชน์หากคุณมีชุดข้อมูลขนาดใหญ่และไม่ต้องการเริ่มชุดข้อมูลตั้งแต่เริ่มต้นในการรีสตาร์ทแต่ละครั้ง อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าจุดตรวจตัววนซ้ำอาจมีขนาดใหญ่เนื่องจากการแปลงเช่นการ shuffle และการ prefetch ต้องใช้องค์ประกอบบัฟเฟอร์ภายในตัววนซ้ำ

ในการรวมตัววนซ้ำของคุณในจุดตรวจสอบให้ส่งตัววนซ้ำไปยังตัวสร้าง tf.train.Checkpoint

range_ds = tf.data.Dataset.range(20)

iterator = iter(range_ds)
ckpt = tf.train.Checkpoint(step=tf.Variable(0), iterator=iterator)
manager = tf.train.CheckpointManager(ckpt, '/tmp/my_ckpt', max_to_keep=3)

print([next(iterator).numpy() for _ in range(5)])

save_path = manager.save()

print([next(iterator).numpy() for _ in range(5)])

ckpt.restore(manager.latest_checkpoint)

print([next(iterator).numpy() for _ in range(5)])

[0, 1, 2, 3, 4]
[5, 6, 7, 8, 9]
[5, 6, 7, 8, 9]

ใช้ tf.data กับ tf.keras

tf.keras API ช่วยลดความยุ่งยากในการสร้างและเรียกใช้โมเดลแมชชีนเลิร์นนิงในหลาย ๆ ด้าน .fit() และ. .evaluate() และ. .predict() APIs สนับสนุนชุดข้อมูลเป็นอินพุต นี่คือการตั้งค่าชุดข้อมูลและโมเดลอย่างรวดเร็ว:

train, test = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

images, labels = train
images = images/255.0
labels = labels.astype(np.int32)

fmnist_train_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((images, labels))
fmnist_train_ds = fmnist_train_ds.shuffle(5000).batch(32)

model = tf.keras.Sequential([
  tf.keras.layers.Flatten(),
  tf.keras.layers.Dense(10)
])

model.compile(optimizer='adam',
              loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), 
              metrics=['accuracy'])

การส่งผ่านชุดข้อมูลของคู่ (feature, label) เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับ Model.fit และ Model.evaluate :

model.fit(fmnist_train_ds, epochs=2)

Epoch 1/2
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.7804 - accuracy: 0.7374
Epoch 2/2
1875/1875 [==============================] - 3s 2ms/step - loss: 0.4711 - accuracy: 0.8393

<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x7f3ef05b1390>

หากคุณส่งผ่านชุดข้อมูลที่ไม่มีที่สิ้นสุดตัวอย่างเช่นโดยการเรียก Dataset.repeat() คุณก็ต้องส่งอาร์กิวเมนต์ steps_per_epoch :

model.fit(fmnist_train_ds.repeat(), epochs=2, steps_per_epoch=20)

Epoch 1/2
20/20 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 0.4312 - accuracy: 0.8562
Epoch 2/2
20/20 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 0.4509 - accuracy: 0.8344

<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x7f3ef062e198>

สำหรับการประเมินคุณสามารถผ่านขั้นตอนการประเมินได้หลายขั้นตอน:

loss, accuracy = model.evaluate(fmnist_train_ds)
print("Loss :", loss)
print("Accuracy :", accuracy)

1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.4347 - accuracy: 0.8516
Loss : 0.43466493487358093
Accuracy : 0.8515999913215637

สำหรับชุดข้อมูลแบบยาวให้กำหนดจำนวนขั้นตอนในการประเมิน:

loss, accuracy = model.evaluate(fmnist_train_ds.repeat(), steps=10)
print("Loss :", loss)
print("Accuracy :", accuracy)

10/10 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 0.4131 - accuracy: 0.8750
Loss : 0.41311272978782654
Accuracy : 0.875

ไม่จำเป็นต้องใช้ป้ายกำกับเมื่อเรียก Model.predict

predict_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(images).batch(32)
result = model.predict(predict_ds, steps = 10)
print(result.shape)

(320, 10)

แต่ป้ายกำกับจะถูกละเว้นหากคุณส่งผ่านชุดข้อมูลที่มี:

result = model.predict(fmnist_train_ds, steps = 10)
print(result.shape)

(320, 10)