ช่วยปกป้อง Great Barrier Reef กับ TensorFlow บน Kaggle เข้าร่วมท้าทาย

โหลดข้อมูล CSV

ดูบน TensorFlow.org ทำงานใน Google Colab ดูแหล่งที่มาบน GitHubดาวน์โหลดโน๊ตบุ๊ค

บทช่วยสอนนี้แสดงตัวอย่างวิธีใช้ข้อมูล CSV กับ TensorFlow

มีสองส่วนหลักในเรื่องนี้:

  1. กำลังโหลดข้อมูลออกจากดิสก์
  2. ก่อนแปรรูปให้อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสมกับการฝึกหัด

บทช่วยสอนนี้เน้นที่การโหลด และให้ตัวอย่างสั้นๆ ของการประมวลผลล่วงหน้า สำหรับการกวดวิชาที่มุ่งเน้นในด้าน preprocessing ดู คู่มือชั้น preprocessing และ กวดวิชา

ติดตั้ง

import pandas as pd
import numpy as np

# Make numpy values easier to read.
np.set_printoptions(precision=3, suppress=True)

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers

ในข้อมูลหน่วยความจำ

สำหรับชุดข้อมูล CSV ขนาดเล็ก วิธีที่ง่ายที่สุดในการฝึกโมเดล TensorFlow คือโหลดลงในหน่วยความจำเป็นดาต้าเฟรมแพนด้าหรืออาร์เรย์ NumPy

ตัวอย่างที่ค่อนข้างง่ายเป็น ชุดหอยเป๋าฮื้อ

  • ชุดข้อมูลมีขนาดเล็ก
  • คุณสมบัติอินพุตทั้งหมดเป็นค่าทศนิยมแบบจำกัดช่วงทั้งหมด

นี่คือวิธีการดาวน์โหลดข้อมูลใน นุ่น DataFrame :

abalone_train = pd.read_csv(
    "https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/abalone_train.csv",
    names=["Length", "Diameter", "Height", "Whole weight", "Shucked weight",
           "Viscera weight", "Shell weight", "Age"])

abalone_train.head()

ชุดข้อมูลที่มีชุดของการวัดของ หอยเป๋าฮื้อ ชนิดของหอยทากทะเล

หอยเป๋าฮื้อ

“หอยเป๋าฮื้อเปลือก” (โดย Nicki Dugan Pogue , CC BY-SA 2.0)

งานเล็กน้อยสำหรับชุดข้อมูลนี้คือการคาดการณ์อายุจากการวัดอื่นๆ ดังนั้นให้แยกคุณลักษณะและป้ายกำกับสำหรับการฝึกอบรม:

abalone_features = abalone_train.copy()
abalone_labels = abalone_features.pop('Age')

สำหรับชุดข้อมูลนี้ คุณจะปฏิบัติต่อคุณลักษณะทั้งหมดเหมือนกัน บรรจุคุณลักษณะลงในอาร์เรย์ NumPy เดียว:

abalone_features = np.array(abalone_features)
abalone_features
array([[0.435, 0.335, 0.11 , ..., 0.136, 0.077, 0.097],
       [0.585, 0.45 , 0.125, ..., 0.354, 0.207, 0.225],
       [0.655, 0.51 , 0.16 , ..., 0.396, 0.282, 0.37 ],
       ...,
       [0.53 , 0.42 , 0.13 , ..., 0.374, 0.167, 0.249],
       [0.395, 0.315, 0.105, ..., 0.118, 0.091, 0.119],
       [0.45 , 0.355, 0.12 , ..., 0.115, 0.067, 0.16 ]])

ต่อไปทำแบบจำลองการถดถอยทำนายอายุ เนื่องจากมีเพียงเมตริกซ์อินพุตเดียว keras.Sequential รุ่นก็เพียงพอแล้วที่นี่

abalone_model = tf.keras.Sequential([
  layers.Dense(64),
  layers.Dense(1)
])

abalone_model.compile(loss = tf.losses.MeanSquaredError(),
                      optimizer = tf.optimizers.Adam())

ในการฝึกอบรมรุ่นที่ผ่านคุณสมบัติและฉลาก Model.fit :

abalone_model.fit(abalone_features, abalone_labels, epochs=10)
Epoch 1/10
104/104 [==============================] - 1s 2ms/step - loss: 57.8799
Epoch 2/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 11.6617
Epoch 3/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 8.5956
Epoch 4/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 8.0663
Epoch 5/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 7.6160
Epoch 6/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 7.2284
Epoch 7/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 6.9368
Epoch 8/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 6.7287
Epoch 9/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 6.5694
Epoch 10/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 6.4730
<keras.callbacks.History at 0x7fd1a0579ed0>

คุณเพิ่งเห็นวิธีพื้นฐานที่สุดในการฝึกโมเดลโดยใช้ข้อมูล CSV ต่อไป คุณจะได้เรียนรู้วิธีใช้การประมวลผลล่วงหน้าเพื่อทำให้คอลัมน์ตัวเลขเป็นปกติ

การประมวลผลเบื้องต้นเบื้องต้น

แนวทางปฏิบัติที่ดีในการทำให้อินพุตเป็นปกติของโมเดลของคุณ เลเยอร์การประมวลผลล่วงหน้าของ Keras เป็นวิธีที่สะดวกในการสร้างการทำให้เป็นมาตรฐานในแบบจำลองของคุณ

เลเยอร์จะคำนวณค่ากลางและความแปรปรวนของแต่ละคอลัมน์ล่วงหน้า และใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อทำให้ข้อมูลเป็นมาตรฐาน

ขั้นแรกคุณต้องสร้างเลเยอร์:

normalize = layers.Normalization()

แล้วคุณใช้ Normalization.adapt() วิธีการในการปรับตัวเข้ากับการฟื้นฟูชั้นกับข้อมูลของคุณ

normalize.adapt(abalone_features)

จากนั้นใช้เลเยอร์การทำให้เป็นมาตรฐานในแบบจำลองของคุณ:

norm_abalone_model = tf.keras.Sequential([
  normalize,
  layers.Dense(64),
  layers.Dense(1)
])

norm_abalone_model.compile(loss = tf.losses.MeanSquaredError(),
                           optimizer = tf.optimizers.Adam())

norm_abalone_model.fit(abalone_features, abalone_labels, epochs=10)
Epoch 1/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 92.6760
Epoch 2/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 54.4503
Epoch 3/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 17.1807
Epoch 4/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 5.9306
Epoch 5/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 5.0489
Epoch 6/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 4.9627
Epoch 7/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 4.9511
Epoch 8/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 4.9162
Epoch 9/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 4.9172
Epoch 10/10
104/104 [==============================] - 0s 2ms/step - loss: 4.9027
<keras.callbacks.History at 0x7fd1a0286f90>

ชนิดข้อมูลผสม

ชุดข้อมูล "ไททานิค" มีข้อมูลเกี่ยวกับผู้โดยสารบนไททานิค งานเล็กน้อยในชุดข้อมูลนี้คือการคาดการณ์ว่าใครรอดชีวิต

ไททานิค

ภาพ จากวิกิพีเดีย

ข้อมูลดิบที่สามารถจะโหลดเป็นนุ่น DataFrame แต่ไม่สามารถใช้งานได้ทันทีที่เข้ากับรูปแบบการ TensorFlow

titanic = pd.read_csv("https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")
titanic.head()
titanic_features = titanic.copy()
titanic_labels = titanic_features.pop('survived')

เนื่องจากชนิดข้อมูลที่แตกต่างกันและช่วงที่คุณไม่สามารถเพียงแค่สแต็คคุณสมบัติเข้า NumPy อาร์เรย์และผ่านมันไป keras.Sequential รุ่น แต่ละคอลัมน์ต้องได้รับการจัดการเป็นรายบุคคล

คุณสามารถประมวลผลข้อมูลของคุณล่วงหน้าแบบออฟไลน์ (โดยใช้เครื่องมือใดก็ได้ที่คุณต้องการ) เพื่อแปลงคอลัมน์ตามหมวดหมู่เป็นคอลัมน์ตัวเลข จากนั้นส่งเอาต์พุตที่ประมวลผลไปยังโมเดล TensorFlow ของคุณ ข้อเสียของแนวทางนี้คือ หากคุณบันทึกและส่งออกโมเดลของคุณ การประมวลผลล่วงหน้าจะไม่ถูกบันทึกด้วย เลเยอร์การประมวลผลล่วงหน้าของ Keras หลีกเลี่ยงปัญหานี้เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของโมเดล

ในตัวอย่างนี้คุณจะสร้างแบบจำลองที่ใช้ตรรกะประมวลผลเบื้องต้นโดยใช้ Keras ทำงาน API นอกจากนี้คุณยังสามารถทำมันโดย subclassing

API การทำงานทำงานบนเทนเซอร์ "สัญลักษณ์" เทนเซอร์ "กระตือรือร้น" ปกติมีค่า ในทางตรงกันข้าม "สัญลักษณ์" เทนเซอร์เหล่านี้ไม่ทำ แต่จะติดตามว่าการดำเนินการใดที่เรียกใช้ และสร้างการแสดงการคำนวณ ซึ่งคุณสามารถเรียกใช้ในภายหลังได้ นี่คือตัวอย่างด่วน:

# Create a symbolic input
input = tf.keras.Input(shape=(), dtype=tf.float32)

# Perform a calculation using the input
result = 2*input + 1

# the result doesn't have a value
result
<KerasTensor: shape=(None,) dtype=float32 (created by layer 'tf.__operators__.add')>
calc = tf.keras.Model(inputs=input, outputs=result)
print(calc(1).numpy())
print(calc(2).numpy())
3.0
5.0

เพื่อสร้างรูปแบบการ preprocessing เริ่มต้นด้วยการสร้างชุดของสัญลักษณ์ keras.Input วัตถุที่ตรงกับชื่อและข้อมูลประเภทคอลัมน์รูปแบบ CSV

inputs = {}

for name, column in titanic_features.items():
  dtype = column.dtype
  if dtype == object:
    dtype = tf.string
  else:
    dtype = tf.float32

  inputs[name] = tf.keras.Input(shape=(1,), name=name, dtype=dtype)

inputs
{'sex': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=string (created by layer 'sex')>,
 'age': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=float32 (created by layer 'age')>,
 'n_siblings_spouses': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=float32 (created by layer 'n_siblings_spouses')>,
 'parch': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=float32 (created by layer 'parch')>,
 'fare': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=float32 (created by layer 'fare')>,
 'class': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=string (created by layer 'class')>,
 'deck': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=string (created by layer 'deck')>,
 'embark_town': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=string (created by layer 'embark_town')>,
 'alone': <KerasTensor: shape=(None, 1) dtype=string (created by layer 'alone')>}

ขั้นตอนแรกในตรรกะการประมวลผลล่วงหน้าของคุณคือการต่อข้อมูลอินพุตที่เป็นตัวเลขเข้าด้วยกัน และเรียกใช้ผ่านเลเยอร์การทำให้เป็นมาตรฐาน:

numeric_inputs = {name:input for name,input in inputs.items()
                  if input.dtype==tf.float32}

x = layers.Concatenate()(list(numeric_inputs.values()))
norm = layers.Normalization()
norm.adapt(np.array(titanic[numeric_inputs.keys()]))
all_numeric_inputs = norm(x)

all_numeric_inputs
<KerasTensor: shape=(None, 4) dtype=float32 (created by layer 'normalization_1')>

รวบรวมผลการประมวลผลล่วงหน้าเชิงสัญลักษณ์ทั้งหมด เพื่อรวมเข้าด้วยกันในภายหลัง

preprocessed_inputs = [all_numeric_inputs]

สำหรับสตริงปัจจัยการผลิตที่ใช้ tf.keras.layers.StringLookup ฟังก์ชั่นแผนที่จากสตริงดัชนีจำนวนเต็มในคำศัพท์ ถัดไปใช้ tf.keras.layers.CategoryEncoding การแปลงดัชนีลง float32 เหมาะสมข้อมูลสำหรับรูปแบบ

การตั้งค่าเริ่มต้นสำหรับ tf.keras.layers.CategoryEncoding ชั้นสร้างเวกเตอร์หนึ่งร้อนสำหรับการป้อนข้อมูลแต่ละ layers.Embedding ก็จะทำงาน ดู คู่มือชั้น preprocessing และ กวดวิชา สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้

for name, input in inputs.items():
  if input.dtype == tf.float32:
    continue

  lookup = layers.StringLookup(vocabulary=np.unique(titanic_features[name]))
  one_hot = layers.CategoryEncoding(max_tokens=lookup.vocab_size())

  x = lookup(input)
  x = one_hot(x)
  preprocessed_inputs.append(x)
WARNING:tensorflow:vocab_size is deprecated, please use vocabulary_size.
WARNING:tensorflow:max_tokens is deprecated, please use num_tokens instead.
WARNING:tensorflow:vocab_size is deprecated, please use vocabulary_size.
WARNING:tensorflow:max_tokens is deprecated, please use num_tokens instead.
WARNING:tensorflow:vocab_size is deprecated, please use vocabulary_size.
WARNING:tensorflow:max_tokens is deprecated, please use num_tokens instead.
WARNING:tensorflow:vocab_size is deprecated, please use vocabulary_size.
WARNING:tensorflow:max_tokens is deprecated, please use num_tokens instead.
WARNING:tensorflow:vocab_size is deprecated, please use vocabulary_size.
WARNING:tensorflow:max_tokens is deprecated, please use num_tokens instead.

ด้วยคอลเลกชันของ inputs และ processed_inputs คุณสามารถเชื่อมทุกอินพุต preprocessed ร่วมกันและสร้างรูปแบบที่จับ preprocessing:

preprocessed_inputs_cat = layers.Concatenate()(preprocessed_inputs)

titanic_preprocessing = tf.keras.Model(inputs, preprocessed_inputs_cat)

tf.keras.utils.plot_model(model = titanic_preprocessing , rankdir="LR", dpi=72, show_shapes=True)

png

นี้ model จะมีเพียง preprocessing การป้อนข้อมูล คุณสามารถเรียกใช้เพื่อดูว่ามันทำอะไรกับข้อมูลของคุณ รุ่น Keras ไม่แปลงโดยอัตโนมัตินุ่น DataFrames เพราะมันไม่ชัดเจนว่ามันควรจะถูกแปลงเป็นหนึ่งเมตริกซ์หรือในพจนานุกรมของเทนเซอร์ ดังนั้นให้แปลงเป็นพจนานุกรมเทนเซอร์:

titanic_features_dict = {name: np.array(value) 
                         for name, value in titanic_features.items()}

แยกตัวอย่างการฝึกอบรมแรกออกและส่งต่อไปยังโมเดลการประมวลผลล่วงหน้านี้ คุณจะเห็นคุณลักษณะที่เป็นตัวเลขและสตริง one-hots ที่เชื่อมต่อกันทั้งหมด:

features_dict = {name:values[:1] for name, values in titanic_features_dict.items()}
titanic_preprocessing(features_dict)
<tf.Tensor: shape=(1, 28), dtype=float32, numpy=
array([[-0.61 ,  0.395, -0.479, -0.497,  0.   ,  0.   ,  1.   ,  0.   ,

         0.   ,  0.   ,  1.   ,  0.   ,  0.   ,  0.   ,  0.   ,  0.   ,
         0.   ,  0.   ,  0.   ,  1.   ,  0.   ,  0.   ,  0.   ,  1.   ,
         0.   ,  0.   ,  1.   ,  0.   ]], dtype=float32)>

ตอนนี้สร้างแบบจำลองจากสิ่งนี้:

def titanic_model(preprocessing_head, inputs):
  body = tf.keras.Sequential([
    layers.Dense(64),
    layers.Dense(1)
  ])

  preprocessed_inputs = preprocessing_head(inputs)
  result = body(preprocessed_inputs)
  model = tf.keras.Model(inputs, result)

  model.compile(loss=tf.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True),
                optimizer=tf.optimizers.Adam())
  return model

titanic_model = titanic_model(titanic_preprocessing, inputs)

เมื่อคุณฝึกรูปแบบที่ผ่านพจนานุกรมของคุณสมบัติเป็น x และฉลากเป็น y

titanic_model.fit(x=titanic_features_dict, y=titanic_labels, epochs=10)
Epoch 1/10
20/20 [==============================] - 1s 5ms/step - loss: 0.5580
Epoch 2/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.5019
Epoch 3/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.4702
Epoch 4/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.4495
Epoch 5/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.4394
Epoch 6/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.4340
Epoch 7/10
20/20 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.4272
Epoch 8/10
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4254
Epoch 9/10
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4244
Epoch 10/10
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4222
<keras.callbacks.History at 0x7fd2212c7fd0>

เนื่องจากการประมวลผลล่วงหน้าเป็นส่วนหนึ่งของโมเดล คุณสามารถบันทึกโมเดลและโหลดซ้ำที่อื่นและได้ผลลัพธ์ที่เหมือนกัน:

titanic_model.save('test')
reloaded = tf.keras.models.load_model('test')
2021-11-20 02:24:26.384348: W tensorflow/python/util/util.cc:368] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them.
INFO:tensorflow:Assets written to: test/assets
features_dict = {name:values[:1] for name, values in titanic_features_dict.items()}

before = titanic_model(features_dict)
after = reloaded(features_dict)
assert (before-after)<1e-3
print(before)
print(after)
tf.Tensor([[-1.918]], shape=(1, 1), dtype=float32)
tf.Tensor([[-1.918]], shape=(1, 1), dtype=float32)

ใช้ tf.data

ในส่วนก่อนหน้านี้ คุณต้องอาศัยการสับเปลี่ยนข้อมูลในตัวของโมเดลและการแบ่งกลุ่มขณะฝึกโมเดล

หากคุณต้องการการควบคุมที่มากกว่าท่อส่งข้อมูลเข้าหรือจำเป็นต้องใช้ข้อมูลที่ไม่พอดีกับหน่วยความจำที่ใช้งาน: ใช้ tf.data

สำหรับตัวอย่างเพิ่มเติมโปรดดูที่ คู่มือ tf.data

เปิดในข้อมูลหน่วยความจำ

ในฐานะที่เป็นตัวอย่างแรกของการใช้ tf.data ข้อมูล CSV พิจารณารหัสต่อไปนี้ชิ้นด้วยตนเองพจนานุกรมของคุณสมบัติจากส่วนก่อนหน้านี้ สำหรับแต่ละดัชนี จะใช้ดัชนีนั้นสำหรับแต่ละคุณลักษณะ:

import itertools

def slices(features):
  for i in itertools.count():
    # For each feature take index `i`
    example = {name:values[i] for name, values in features.items()}
    yield example

รันสิ่งนี้และพิมพ์ตัวอย่างแรก:

for example in slices(titanic_features_dict):
  for name, value in example.items():
    print(f"{name:19s}: {value}")
  break
sex                : male
age                : 22.0
n_siblings_spouses : 1
parch              : 0
fare               : 7.25
class              : Third
deck               : unknown
embark_town        : Southampton
alone              : n

พื้นฐานที่สุด tf.data.Dataset ในรถตักดินข้อมูลหน่วยความจำเป็น Dataset.from_tensor_slices คอนสตรัค ผลตอบแทนนี้ tf.data.Dataset ว่าการดำเนินการรุ่นทั่วไปของดังกล่าวข้างต้น slices ทำงานใน TensorFlow

features_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(titanic_features_dict)

คุณสามารถย้ำกว่า tf.data.Dataset เช่นงูหลามอื่น ๆ iterable:

for example in features_ds:
  for name, value in example.items():
    print(f"{name:19s}: {value}")
  break
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'

from_tensor_slices ฟังก์ชั่นสามารถจัดการโครงสร้างของพจนานุกรมที่ซ้อนกันหรือ tuples ใด ๆ รหัสต่อไปนี้ทำให้ชุดของ (features_dict, labels) คู่:

titanic_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((titanic_features_dict, titanic_labels))

รูปแบบการฝึกอบรมโดยใช้นี้ Dataset คุณจะต้องไปอย่างน้อย shuffle และ batch ข้อมูล

titanic_batches = titanic_ds.shuffle(len(titanic_labels)).batch(32)

แทนการส่งผ่าน features และ labels เพื่อ Model.fit คุณผ่านชุดนี้:

titanic_model.fit(titanic_batches, epochs=5)
Epoch 1/5
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4215
Epoch 2/5
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4208
Epoch 3/5
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4205
Epoch 4/5
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4204
Epoch 5/5
20/20 [==============================] - 0s 5ms/step - loss: 0.4185
<keras.callbacks.History at 0x7fd22046cf50>

จากไฟล์เดียว

จนถึงตอนนี้บทช่วยสอนนี้ใช้ได้กับข้อมูลในหน่วยความจำแล้ว tf.data เป็นเครื่องมือที่สามารถปรับได้สูงสำหรับการสร้างท่อส่งข้อมูลและให้การทำงานไม่กี่สำหรับการจัดการไฟล์ CSV โหลด

titanic_file_path = tf.keras.utils.get_file("train.csv", "https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv
32768/30874 [===============================] - 0s 0us/step
40960/30874 [=======================================] - 0s 0us/step

ตอนนี้อ่านข้อมูล CSV จากแฟ้มและสร้าง tf.data.Dataset

(สำหรับเอกสารฉบับเต็มดู tf.data.experimental.make_csv_dataset )

titanic_csv_ds = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    titanic_file_path,
    batch_size=5, # Artificially small to make examples easier to show.
    label_name='survived',
    num_epochs=1,
    ignore_errors=True,)

ฟังก์ชันนี้มีคุณลักษณะที่สะดวกสบายมากมาย ข้อมูลจึงง่ายต่อการใช้งาน ซึ่งรวมถึง:

  • การใช้ส่วนหัวของคอลัมน์เป็นคีย์พจนานุกรม
  • กำหนดประเภทของแต่ละคอลัมน์โดยอัตโนมัติ
for batch, label in titanic_csv_ds.take(1):
  for key, value in batch.items():
    print(f"{key:20s}: {value}")
  print()
  print(f"{'label':20s}: {label}")
sex                 : [b'male' b'male' b'male' b'male' b'female']
age                 : [28. 70. 19.  6. 24.]
n_siblings_spouses  : [0 1 0 0 0]
parch               : [0 1 0 1 0]
fare                : [ 7.75  71.     7.775 12.475 13.   ]
class               : [b'Third' b'First' b'Third' b'Third' b'Second']
deck                : [b'unknown' b'B' b'unknown' b'E' b'unknown']
embark_town         : [b'Queenstown' b'Southampton' b'Southampton' b'Southampton' b'Southampton']
alone               : [b'y' b'n' b'y' b'n' b'y']

label               : [0 0 0 1 0]

นอกจากนี้ยังสามารถขยายขนาดข้อมูลได้ทันที นี่เป็นไฟล์ CSV gzipped มี ชุดข้อมูลการจราจรรถไฟใต้ดินรัฐ

การจราจรติดขัด.

ภาพ จากวิกิพีเดีย

traffic_volume_csv_gz = tf.keras.utils.get_file(
    'Metro_Interstate_Traffic_Volume.csv.gz', 
    "https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/00492/Metro_Interstate_Traffic_Volume.csv.gz",
    cache_dir='.', cache_subdir='traffic')
Downloading data from https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/00492/Metro_Interstate_Traffic_Volume.csv.gz
409600/405373 [==============================] - 1s 1us/step
417792/405373 [==============================] - 1s 1us/step

ตั้ง compression_type อาร์กิวเมนต์อ่านได้โดยตรงจากไฟล์บีบอัด:

traffic_volume_csv_gz_ds = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    traffic_volume_csv_gz,
    batch_size=256,
    label_name='traffic_volume',
    num_epochs=1,
    compression_type="GZIP")

for batch, label in traffic_volume_csv_gz_ds.take(1):
  for key, value in batch.items():
    print(f"{key:20s}: {value[:5]}")
  print()
  print(f"{'label':20s}: {label[:5]}")
holiday             : [b'None' b'None' b'None' b'None' b'None']
temp                : [284.77 257.79 260.01 286.13 290.47]
rain_1h             : [0.   0.   0.   0.   0.25]
snow_1h             : [0. 0. 0. 0. 0.]
clouds_all          : [90 20 75  1 92]
weather_main        : [b'Mist' b'Clouds' b'Clouds' b'Clear' b'Rain']
weather_description : [b'mist' b'few clouds' b'broken clouds' b'sky is clear' b'light rain']
date_time           : [b'2012-10-25 17:00:00' b'2013-01-15 06:00:00' b'2012-12-24 08:00:00'
 b'2013-05-08 02:00:00' b'2013-08-12 06:00:00']

label               : [6488 5434 2174  298 5939]

เก็บเอาไว้

มีค่าใช้จ่ายบางส่วนในการแยกวิเคราะห์ข้อมูล csv สำหรับรุ่นเล็ก นี่อาจเป็นคอขวดในการฝึก

ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกรณีการใช้งานของคุณมันอาจจะเป็นความคิดที่ดีที่จะใช้ Dataset.cache หรือ data.experimental.snapshot เพื่อให้ข้อมูล CSV จะแยกวิเคราะห์เฉพาะในยุคแรก

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง cache และ snapshot วิธีการก็คือว่า cache ไฟล์เท่านั้นที่สามารถนำมาใช้โดยกระบวนการ TensorFlow ที่สร้างพวกเขา แต่ snapshot ไฟล์ที่สามารถอ่านได้โดยกระบวนการอื่น ๆ

ยกตัวอย่างเช่นการทำซ้ำมากกว่า traffic_volume_csv_gz_ds 20 ครั้งใช้เวลา ~ 15 วินาทีโดยไม่ต้องแคชหรือ ~ 2s กับแคช

%%time
for i, (batch, label) in enumerate(traffic_volume_csv_gz_ds.repeat(20)):
  if i % 40 == 0:
    print('.', end='')
print()
...............................................................................................
CPU times: user 16.8 s, sys: 4.07 s, total: 20.8 s
Wall time: 12.7 s
%%time
caching = traffic_volume_csv_gz_ds.cache().shuffle(1000)

for i, (batch, label) in enumerate(caching.shuffle(1000).repeat(20)):
  if i % 40 == 0:
    print('.', end='')
print()
...............................................................................................
CPU times: user 1.46 s, sys: 243 ms, total: 1.7 s
Wall time: 1.34 s
%%time
snapshot = tf.data.experimental.snapshot('titanic.tfsnap')
snapshotting = traffic_volume_csv_gz_ds.apply(snapshot).shuffle(1000)

for i, (batch, label) in enumerate(snapshotting.shuffle(1000).repeat(20)):
  if i % 40 == 0:
    print('.', end='')
print()
WARNING:tensorflow:From <timed exec>:1: snapshot (from tensorflow.python.data.experimental.ops.snapshot) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use `tf.data.Dataset.snapshot(...)`.
...............................................................................................
CPU times: user 2.26 s, sys: 490 ms, total: 2.75 s
Wall time: 1.65 s

หากการโหลดข้อมูลของคุณจะชะลอตัวโดยการโหลดไฟล์ CSV และ cache และ snapshot จะไม่เพียงพอสำหรับกรณีการใช้งานของคุณให้พิจารณาอีกครั้งการเข้ารหัสข้อมูลของคุณในรูปแบบความคล่องตัวมากขึ้น

หลายไฟล์

ตัวอย่างทั้งหมดเพื่อให้ห่างไกลในส่วนนี้ได้อย่างง่ายดายทำได้โดยไม่ต้อง tf.data หนึ่งในสถานที่ tf.data จริงๆสามารถลดความซับซ้อนของสิ่งที่เป็นเมื่อจัดการกับคอลเลกชันของแฟ้ม

ยกตัวอย่างเช่น ภาพตัวอักษรตัวอักษร ชุดข้อมูลที่กระจายเป็นคอลเลกชันของไฟล์ CSV ละหนึ่งตัวอักษร

แบบอักษร

ภาพโดย ทึก Heidelbach จาก Pixabay

ดาวน์โหลดชุดข้อมูลและดูไฟล์ภายใน:

fonts_zip = tf.keras.utils.get_file(
    'fonts.zip',  "https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/00417/fonts.zip",
    cache_dir='.', cache_subdir='fonts',
    extract=True)
Downloading data from https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/00417/fonts.zip
160317440/160313983 [==============================] - 8s 0us/step
160325632/160313983 [==============================] - 8s 0us/step
import pathlib
font_csvs =  sorted(str(p) for p in pathlib.Path('fonts').glob("*.csv"))

font_csvs[:10]
['fonts/AGENCY.csv',
 'fonts/ARIAL.csv',
 'fonts/BAITI.csv',
 'fonts/BANKGOTHIC.csv',
 'fonts/BASKERVILLE.csv',
 'fonts/BAUHAUS.csv',
 'fonts/BELL.csv',
 'fonts/BERLIN.csv',
 'fonts/BERNARD.csv',
 'fonts/BITSTREAMVERA.csv']
len(font_csvs)
153

เมื่อจัดการกับพวงของไฟล์ที่คุณสามารถผ่าน glob สไตล์ file_pattern ไป experimental.make_csv_dataset ฟังก์ชั่น ลำดับของไฟล์จะสับเปลี่ยนการวนซ้ำแต่ละครั้ง

ใช้ num_parallel_reads อาร์กิวเมนต์ชุดกี่ไฟล์จะถูกอ่านในแบบขนานและบรรณนิทัศน์กัน

fonts_ds = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    file_pattern = "fonts/*.csv",
    batch_size=10, num_epochs=1,
    num_parallel_reads=20,
    shuffle_buffer_size=10000)

ไฟล์ csv เหล่านี้มีภาพที่แบนออกเป็นแถวเดียว ชื่อคอลัมน์ที่มีรูปแบบ r{row}c{column} นี่คือชุดแรก:

for features in fonts_ds.take(1):
  for i, (name, value) in enumerate(features.items()):
    if i>15:
      break
    print(f"{name:20s}: {value}")
print('...')
print(f"[total: {len(features)} features]")
font                : [b'NINA' b'FORTE' b'CALIFORNIAN' b'JAVANESE' b'FORTE' b'BAITI' b'HARLOW'
 b'NIRMALA' b'JAVANESE' b'NINA']
fontVariant         : [b'NINA' b'FORTE' b'CALIFORNIAN FB' b'JAVANESE TEXT' b'FORTE'
 b'MONGOLIAN BAITI' b'HARLOW SOLID ITALIC' b'NIRMALA UI SEMILIGHT'
 b'JAVANESE TEXT' b'NINA']
m_label             : [ 932  172   55  376  215 6156   65 7286   59  302]
strength            : [0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4]
italic              : [0 1 1 1 1 0 0 0 0 0]
orientation         : [0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
m_top               : [38 45 36 45 40 41 34 44 76 38]
m_left              : [20 33 24 33 28 23 20 23 25 22]
originalH           : [49 23 47 59 34 33 60 49 40 62]
originalW           : [34 40 25 49 43 33 72 38 11 20]
h                   : [20 20 20 20 20 20 20 20 20 20]
w                   : [20 20 20 20 20 20 20 20 20 20]
r0c0                : [255   1  82   1   1   1   1   1   1 255]
r0c1                : [255 255 255   1   1   1   1   1   1 255]
r0c2                : [255 255 255   1   1   1   1  42   1 255]
r0c3                : [255 255 255   1   1   1   1 135  47 255]
...
[total: 412 features]

ไม่บังคับ: ช่องบรรจุ

คุณอาจไม่ต้องการทำงานกับแต่ละพิกเซลในคอลัมน์แยกกันเช่นนี้ ก่อนลองใช้ชุดข้อมูลนี้ อย่าลืมแพ็คพิกเซลลงในอิมเมจ-เทนเซอร์

นี่คือรหัสที่แยกวิเคราะห์ชื่อคอลัมน์เพื่อสร้างรูปภาพสำหรับแต่ละตัวอย่าง:

import re

def make_images(features):
  image = [None]*400
  new_feats = {}

  for name, value in features.items():
    match = re.match('r(\d+)c(\d+)', name)
    if match:
      image[int(match.group(1))*20+int(match.group(2))] = value
    else:
      new_feats[name] = value

  image = tf.stack(image, axis=0)
  image = tf.reshape(image, [20, 20, -1])
  new_feats['image'] = image

  return new_feats

ใช้ฟังก์ชันนั้นกับแต่ละชุดในชุดข้อมูล:

fonts_image_ds = fonts_ds.map(make_images)

for features in fonts_image_ds.take(1):
  break

พล็อตภาพที่ได้:

from matplotlib import pyplot as plt

plt.figure(figsize=(6,6), dpi=120)

for n in range(9):
  plt.subplot(3,3,n+1)
  plt.imshow(features['image'][..., n])
  plt.title(chr(features['m_label'][n]))
  plt.axis('off')
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/IPython/core/pylabtools.py:151: UserWarning: Glyph 64422 (\N{ARABIC LETTER HEH GOAL ISOLATED FORM}) missing from current font.
  fig.canvas.print_figure(bytes_io, **kw)

png

ฟังก์ชั่นระดับล่าง

จนถึงตอนนี้ บทช่วยสอนนี้ได้เน้นที่ยูทิลิตี้ระดับสูงสุดสำหรับการอ่านข้อมูล csv มี API อีกสองรายการที่อาจเป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้ขั้นสูง หากกรณีการใช้งานของคุณไม่เหมาะกับรูปแบบพื้นฐาน

  • tf.io.decode_csv - ฟังก์ชั่นสำหรับการแยกสายของข้อความลงในรายชื่อของเทนเซอร์คอลัมน์ไฟล์ CSV
  • tf.data.experimental.CsvDataset - ระดับที่ต่ำกว่า CSV ชุดคอนสตรัค

ฟังก์ชันการทำงานส่วนสร้างให้โดย make_csv_dataset เพื่อแสดงให้เห็นถึงวิธีการทำงานในระดับที่ต่ำกว่านี้สามารถนำมาใช้

tf.io.decode_csv

ฟังก์ชันนี้จะถอดรหัสสตริงหรือรายการสตริงลงในรายการคอลัมน์

ซึ่งแตกต่างจาก make_csv_dataset ฟังก์ชั่นนี้ไม่ได้พยายามที่จะคาดเดาคอลัมน์ข้อมูลประเภท คุณสามารถระบุประเภทคอลัมน์โดยการให้รายการ record_defaults ที่มีค่าของประเภทที่ถูกต้องสำหรับแต่ละคอลัมน์

หากต้องการอ่านข้อมูลที่ไททานิคเป็นสตริงใช้ decode_csv คุณจะพูดว่า:

text = pathlib.Path(titanic_file_path).read_text()
lines = text.split('\n')[1:-1]

all_strings = [str()]*10
all_strings
['', '', '', '', '', '', '', '', '', '']
features = tf.io.decode_csv(lines, record_defaults=all_strings) 

for f in features:
  print(f"type: {f.dtype.name}, shape: {f.shape}")
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)

ที่จะแยกพวกเขาด้วยประเภทที่เกิดขึ้นจริงของพวกเขาสร้างรายการของ record_defaults ประเภทที่สอดคล้องกัน:

print(lines[0])
0,male,22.0,1,0,7.25,Third,unknown,Southampton,n
titanic_types = [int(), str(), float(), int(), int(), float(), str(), str(), str(), str()]
titanic_types
[0, '', 0.0, 0, 0, 0.0, '', '', '', '']
features = tf.io.decode_csv(lines, record_defaults=titanic_types) 

for f in features:
  print(f"type: {f.dtype.name}, shape: {f.shape}")
type: int32, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: float32, shape: (627,)
type: int32, shape: (627,)
type: int32, shape: (627,)
type: float32, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)
type: string, shape: (627,)

tf.data.experimental.CsvDataset

tf.data.experimental.CsvDataset ระดับให้น้อยที่สุด CSV Dataset อินเตอร์เฟซได้โดยไม่ต้องคุณสมบัติความสะดวกของ make_csv_dataset ฟังก์ชั่น: คอลัมน์แยกส่วนหัวคอลัมน์ชนิดอนุมานสับอัตโนมัติไฟล์ interleaving

คอนสตรัคนี้ต่อไปนี้ใช้ record_defaults ลักษณะเดียวกับ io.parse_csv :

simple_titanic = tf.data.experimental.CsvDataset(titanic_file_path, record_defaults=titanic_types, header=True)

for example in simple_titanic.take(1):
  print([e.numpy() for e in example])
[0, b'male', 22.0, 1, 0, 7.25, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'n']

รหัสข้างต้นนั้นเทียบเท่ากับ:

def decode_titanic_line(line):
  return tf.io.decode_csv(line, titanic_types)

manual_titanic = (
    # Load the lines of text
    tf.data.TextLineDataset(titanic_file_path)
    # Skip the header row.
    .skip(1)
    # Decode the line.
    .map(decode_titanic_line)
)

for example in manual_titanic.take(1):
  print([e.numpy() for e in example])
[0, b'male', 22.0, 1, 0, 7.25, b'Third', b'unknown', b'Southampton', b'n']

หลายไฟล์

การแยกแบบอักษรชุดข้อมูลที่ใช้ experimental.CsvDataset คุณต้องในการกำหนดประเภทคอลัมน์สำหรับ record_defaults เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบแถวแรกของไฟล์เดียว:

font_line = pathlib.Path(font_csvs[0]).read_text().splitlines()[1]
print(font_line)
AGENCY,AGENCY FB,64258,0.400000,0,0.000000,35,21,51,22,20,20,1,1,1,21,101,210,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,176,146,146,146,146,146,146,146,146,216,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,141,141,141,182,255,255,255,172,141,141,141,115,1,1,1,1,163,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,209,1,1,1,1,163,255,255,255,6,6,6,96,255,255,255,74,6,6,6,5,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255,1,1,1,93,255,255,255,70,1,1,1,1,1,1,1,1,163,255,255,255

เฉพาะสองฟิลด์แรกเท่านั้นที่เป็นสตริง ส่วนที่เหลือเป็น int หรือ float และคุณสามารถรับจำนวนคุณลักษณะทั้งหมดได้โดยการนับเครื่องหมายจุลภาค:

num_font_features = font_line.count(',')+1
font_column_types = [str(), str()] + [float()]*(num_font_features-2)

CsvDatasaet คอนสตรัคสามารถนำรายชื่อของไฟล์ใส่ แต่พวกเขาอ่านตามลำดับ แฟ้มแรกในรายการของ CSVs เป็น AGENCY.csv :

font_csvs[0]
'fonts/AGENCY.csv'

ดังนั้นเมื่อคุณผ่านรายการของไฟล์ไป CsvDataaset ระเบียนจาก AGENCY.csv อ่านครั้งแรก:

simple_font_ds = tf.data.experimental.CsvDataset(
    font_csvs, 
    record_defaults=font_column_types, 
    header=True)
for row in simple_font_ds.take(10):
  print(row[0].numpy())
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'
b'AGENCY'

การแทรกไฟล์หลายไฟล์ใช้ Dataset.interleave

นี่คือชุดข้อมูลเริ่มต้นที่มีชื่อไฟล์ csv:

font_files = tf.data.Dataset.list_files("fonts/*.csv")

สิ่งนี้จะสับเปลี่ยนชื่อไฟล์ในแต่ละยุค:

print('Epoch 1:')
for f in list(font_files)[:5]:
  print("    ", f.numpy())
print('    ...')
print()

print('Epoch 2:')
for f in list(font_files)[:5]:
  print("    ", f.numpy())
print('    ...')
Epoch 1:
     b'fonts/CENTAUR.csv'
     b'fonts/JUICE.csv'
     b'fonts/COMIC.csv'
     b'fonts/SKETCHFLOW.csv'
     b'fonts/NIAGARA.csv'
    ...

Epoch 2:
     b'fonts/EUROROMAN.csv'
     b'fonts/YI BAITI.csv'
     b'fonts/LEELAWADEE.csv'
     b'fonts/GOUDY.csv'
     b'fonts/COMPLEX.csv'
    ...

interleave วิธีการใช้ map_func ที่สร้าง child- Dataset สำหรับองค์ประกอบของ parent- แต่ละ Dataset

ที่นี่คุณต้องการที่จะสร้าง CsvDataset จากองค์ประกอบของชุดข้อมูลของไฟล์แต่ละ

def make_font_csv_ds(path):
  return tf.data.experimental.CsvDataset(
    path, 
    record_defaults=font_column_types, 
    header=True)

Dataset ที่ส่งกลับโดยองค์ประกอบของผลตอบแทนที่แทรกโดยการขี่จักรยานมากกว่าจำนวนของ child- Dataset s หมายเหตุด้านล่างวิธีรอบชุดข้อมูลที่มากกว่า cycle_length=3 สามไฟล์ตัวอักษร:

font_rows = font_files.interleave(make_font_csv_ds,
                                  cycle_length=3)
fonts_dict = {'font_name':[], 'character':[]}

for row in font_rows.take(10):
  fonts_dict['font_name'].append(row[0].numpy().decode())
  fonts_dict['character'].append(chr(row[2].numpy()))

pd.DataFrame(fonts_dict)

ประสิทธิภาพ

ก่อนหน้านี้ก็ตั้งข้อสังเกตว่า io.decode_csv มีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อทำงานในชุดของสตริง

มันเป็นไปได้ที่จะใช้ประโยชน์จากความเป็นจริงนี้เมื่อใช้ขนาดชุดใหญ่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการโหลดไฟล์ CSV ( แต่พยายาม แคช แรก)

ด้วยตัวโหลด 20 ในตัว แบทช์ตัวอย่าง 2048 ใช้เวลาประมาณ 17 วินาที

BATCH_SIZE=2048
fonts_ds = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
    file_pattern = "fonts/*.csv",
    batch_size=BATCH_SIZE, num_epochs=1,
    num_parallel_reads=100)
%%time
for i,batch in enumerate(fonts_ds.take(20)):
  print('.',end='')

print()
....................
CPU times: user 27.4 s, sys: 1.74 s, total: 29.1 s
Wall time: 11.8 s

ผ่านกระบวนการของเส้นข้อความเพื่อ decode_csv วิ่งได้เร็วขึ้นในประมาณ 5s:

fonts_files = tf.data.Dataset.list_files("fonts/*.csv")
fonts_lines = fonts_files.interleave(
    lambda fname:tf.data.TextLineDataset(fname).skip(1), 
    cycle_length=100).batch(BATCH_SIZE)

fonts_fast = fonts_lines.map(lambda x: tf.io.decode_csv(x, record_defaults=font_column_types))
%%time
for i,batch in enumerate(fonts_fast.take(20)):
  print('.',end='')

print()
....................
CPU times: user 10.3 s, sys: 0 ns, total: 10.3 s
Wall time: 1.72 s

ตัวอย่างของการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน CSV โดยใช้กระบวนการขนาดใหญ่อื่นดู overfit และกวดวิชา underfit

การเรียงลำดับของวิธีการนี้อาจทำงานได้ แต่พิจารณาตัวเลือกอื่น ๆ เช่น cache และ snapshot หรือใหม่เข้ารหัสข้อมูลของคุณในรูปแบบความคล่องตัวมากขึ้น