کمک به حفاظت از دیواره بزرگ مرجانی با TensorFlow در Kaggle اضافه کردن چالش

شرح عکس با توجه بصری

مشاهده در TensorFlow.org در Google Colab اجرا شود مشاهده منبع در GitHub دانلود دفترچه یادداشت

با توجه به تصویری مانند مثال زیر، هدف شما ایجاد شرحی مانند "موج سواری بر روی موج" است.

مرد موج سوار

منبع تصویر ; مجوز: دامنه عمومی

برای انجام این کار، از یک مدل مبتنی بر توجه استفاده می‌کنید، که به ما امکان می‌دهد ببینیم که مدل بر روی چه قسمت‌هایی از تصویر تمرکز می‌کند و یک شرح ایجاد می‌کند.

پیش بینی

معماری مدل مشابه Show, Attend و Tell: Neural Image Caption Generation with Visual Attention است.

این نوت بوک یک نمونه سرتاسری است. هنگامی که نوت بوک را اجرا می کنید، مجموعه داده MS-COCO را دانلود می کند، زیرمجموعه ای از تصاویر را با استفاده از Inception V3 پیش پردازش و ذخیره می کند، یک مدل رمزگذار-رمزگشا را آموزش می دهد و با استفاده از مدل آموزش دیده، زیرنویس هایی را روی تصاویر جدید ایجاد می کند.

در این مثال، شما یک مدل را روی مقدار نسبتاً کمی از داده ها آموزش می دهید - 30000 عنوان اول برای حدود 20000 تصویر (زیرا در مجموعه داده ها چندین عنوان در هر تصویر وجود دارد).

import tensorflow as tf

# You'll generate plots of attention in order to see which parts of an image
# your model focuses on during captioning
import matplotlib.pyplot as plt

import collections
import random
import numpy as np
import os
import time
import json
from PIL import Image

مجموعه داده MS-COCO را دانلود و آماده کنید

شما از مجموعه داده MS-COCO برای آموزش مدل خود استفاده خواهید کرد. مجموعه داده شامل بیش از 82000 تصویر است که هر کدام دارای حداقل 5 حاشیه نویسی مختلف است. کد زیر مجموعه داده را به صورت خودکار دانلود و استخراج می کند.

# Download caption annotation files
annotation_folder = '/annotations/'
if not os.path.exists(os.path.abspath('.') + annotation_folder):
  annotation_zip = tf.keras.utils.get_file('captions.zip',
                                           cache_subdir=os.path.abspath('.'),
                                           origin='http://images.cocodataset.org/annotations/annotations_trainval2014.zip',
                                           extract=True)
  annotation_file = os.path.dirname(annotation_zip)+'/annotations/captions_train2014.json'
  os.remove(annotation_zip)

# Download image files
image_folder = '/train2014/'
if not os.path.exists(os.path.abspath('.') + image_folder):
  image_zip = tf.keras.utils.get_file('train2014.zip',
                                      cache_subdir=os.path.abspath('.'),
                                      origin='http://images.cocodataset.org/zips/train2014.zip',
                                      extract=True)
  PATH = os.path.dirname(image_zip) + image_folder
  os.remove(image_zip)
else:
  PATH = os.path.abspath('.') + image_folder
Downloading data from http://images.cocodataset.org/annotations/annotations_trainval2014.zip
252878848/252872794 [==============================] - 16s 0us/step
252887040/252872794 [==============================] - 16s 0us/step
Downloading data from http://images.cocodataset.org/zips/train2014.zip
13510574080/13510573713 [==============================] - 823s 0us/step
13510582272/13510573713 [==============================] - 823s 0us/step

اختیاری: اندازه مجموعه آموزشی را محدود کنید

برای سرعت بخشیدن به آموزش این آموزش، از زیرمجموعه ای از 30000 کپشن و تصاویر مربوط به آنها برای آموزش مدل خود استفاده می کنید. انتخاب استفاده از داده‌های بیشتر منجر به بهبود کیفیت زیرنویس می‌شود.

with open(annotation_file, 'r') as f:
    annotations = json.load(f)
# Group all captions together having the same image ID.
image_path_to_caption = collections.defaultdict(list)
for val in annotations['annotations']:
  caption = f"<start> {val['caption']} <end>"
  image_path = PATH + 'COCO_train2014_' + '%012d.jpg' % (val['image_id'])
  image_path_to_caption[image_path].append(caption)
image_paths = list(image_path_to_caption.keys())
random.shuffle(image_paths)

# Select the first 6000 image_paths from the shuffled set.
# Approximately each image id has 5 captions associated with it, so that will
# lead to 30,000 examples.
train_image_paths = image_paths[:6000]
print(len(train_image_paths))
6000
train_captions = []
img_name_vector = []

for image_path in train_image_paths:
  caption_list = image_path_to_caption[image_path]
  train_captions.extend(caption_list)
  img_name_vector.extend([image_path] * len(caption_list))
print(train_captions[0])
Image.open(img_name_vector[0])
<start> A baseball team congratulate each other on the field. <end>

png

تصاویر را با استفاده از InceptionV3 از قبل پردازش کنید

در مرحله بعد، از InceptionV3 (که در Imagenet از قبل آموزش داده شده است) برای طبقه بندی هر تصویر استفاده خواهید کرد. ویژگی ها را از آخرین لایه کانولوشن استخراج خواهید کرد.

ابتدا تصاویر را به فرمت مورد انتظار InceptionV3 تبدیل می کنید:

  • اندازه تصویر را به 299 پیکسل در 299 پیکسل تغییر دهید
  • تصاویر را با استفاده از روش preprocess_input برای عادی سازی تصویر از قبل پردازش کنید تا حاوی پیکسل هایی در محدوده 1- تا 1 باشد که با فرمت تصاویر استفاده شده برای آموزش InceptionV3 مطابقت دارد.
def load_image(image_path):
    img = tf.io.read_file(image_path)
    img = tf.io.decode_jpeg(img, channels=3)
    img = tf.keras.layers.Resizing(299, 299)(img)
    img = tf.keras.applications.inception_v3.preprocess_input(img)
    return img, image_path

InceptionV3 را راه اندازی کنید و وزن های Imagenet از پیش آموزش دیده را بارگذاری کنید

اکنون یک مدل tf.keras ایجاد می کنید که در آن لایه خروجی آخرین لایه کانولوشنی در معماری InceptionV3 است. شکل خروجی این لایه 8x8x2048 است. شما از آخرین لایه کانولوشن استفاده می کنید زیرا در این مثال از توجه استفاده می کنید. شما این مقداردهی اولیه را در طول آموزش انجام نمی دهید زیرا ممکن است به یک گلوگاه تبدیل شود.

  • شما هر تصویر را از طریق شبکه ارسال می کنید و بردار حاصل را در یک فرهنگ لغت ذخیره می کنید (image_name --> feature_vector).
  • پس از اینکه همه تصاویر از طریق شبکه منتقل شدند، فرهنگ لغت را روی دیسک ذخیره می کنید.
image_model = tf.keras.applications.InceptionV3(include_top=False,
                                                weights='imagenet')
new_input = image_model.input
hidden_layer = image_model.layers[-1].output

image_features_extract_model = tf.keras.Model(new_input, hidden_layer)
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/keras-applications/inception_v3/inception_v3_weights_tf_dim_ordering_tf_kernels_notop.h5
87916544/87910968 [==============================] - 2s 0us/step
87924736/87910968 [==============================] - 2s 0us/step

کش کردن ویژگی های استخراج شده از InceptionV3

شما هر تصویر را با InceptionV3 از قبل پردازش می‌کنید و خروجی را روی دیسک ذخیره می‌کنید. کش کردن خروجی در حافظه رم سریع‌تر است، اما حافظه فشرده‌تری نیز دارد و به 8 * 8 * 2048 شناور در هر تصویر نیاز دارد. در زمان نگارش، این از محدودیت های حافظه Colab (در حال حاضر 12 گیگابایت حافظه) فراتر می رود.

عملکرد را می توان با یک استراتژی ذخیره سازی پیچیده تر (به عنوان مثال، با اشتراک گذاری تصاویر برای کاهش ورودی/خروجی دیسک دسترسی تصادفی) بهبود بخشید، اما این به کد بیشتری نیاز دارد.

کش حدود 10 دقیقه طول می کشد تا در Colab با یک GPU اجرا شود. اگر می خواهید نوار پیشرفت را ببینید، می توانید:

  1. نصب tqdm :

    !pip install tqdm

  2. وارد کردن tqdm:

    from tqdm import tqdm

  3. خط زیر را تغییر دهید:

    for img, path in image_dataset:

    به:

    for img, path in tqdm(image_dataset):

# Get unique images
encode_train = sorted(set(img_name_vector))

# Feel free to change batch_size according to your system configuration
image_dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(encode_train)
image_dataset = image_dataset.map(
  load_image, num_parallel_calls=tf.data.AUTOTUNE).batch(16)

for img, path in image_dataset:
  batch_features = image_features_extract_model(img)
  batch_features = tf.reshape(batch_features,
                              (batch_features.shape[0], -1, batch_features.shape[3]))

  for bf, p in zip(batch_features, path):
    path_of_feature = p.numpy().decode("utf-8")
    np.save(path_of_feature, bf.numpy())

زیرنویس‌ها را از قبل پردازش و توکن کنید

با استفاده از لایه TextVectorization ، زیرنویس‌های متن را به دنباله‌های صحیح تبدیل می‌کنید، با مراحل زیر:

  • از تطبیق برای تکرار روی همه زیرنویس‌ها استفاده کنید، زیرنویس‌ها را به کلمات تقسیم کنید، و واژگانی از 5000 کلمه برتر را محاسبه کنید (برای صرفه‌جویی در حافظه).
  • با نگاشت هر کلمه به نمایه آن در واژگان، همه زیرنویس ها را نشانه گذاری کنید. تمام دنباله های خروجی به طول 50 اضافه می شوند.
  • برای نمایش نتایج، نگاشت کلمه به نمایه و نمایه به کلمه ایجاد کنید.
caption_dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(train_captions)

# We will override the default standardization of TextVectorization to preserve
# "<>" characters, so we preserve the tokens for the <start> and <end>.
def standardize(inputs):
  inputs = tf.strings.lower(inputs)
  return tf.strings.regex_replace(inputs,
                                  r"!\"#$%&\(\)\*\+.,-/:;=?@\[\\\]^_`{|}~", "")

# Max word count for a caption.
max_length = 50
# Use the top 5000 words for a vocabulary.
vocabulary_size = 5000
tokenizer = tf.keras.layers.TextVectorization(
    max_tokens=vocabulary_size,
    standardize=standardize,
    output_sequence_length=max_length)
# Learn the vocabulary from the caption data.
tokenizer.adapt(caption_dataset)
# Create the tokenized vectors
cap_vector = caption_dataset.map(lambda x: tokenizer(x))
# Create mappings for words to indices and indicies to words.
word_to_index = tf.keras.layers.StringLookup(
    mask_token="",
    vocabulary=tokenizer.get_vocabulary())
index_to_word = tf.keras.layers.StringLookup(
    mask_token="",
    vocabulary=tokenizer.get_vocabulary(),
    invert=True)

داده ها را به آموزش و آزمایش تقسیم کنید

img_to_cap_vector = collections.defaultdict(list)
for img, cap in zip(img_name_vector, cap_vector):
  img_to_cap_vector[img].append(cap)

# Create training and validation sets using an 80-20 split randomly.
img_keys = list(img_to_cap_vector.keys())
random.shuffle(img_keys)

slice_index = int(len(img_keys)*0.8)
img_name_train_keys, img_name_val_keys = img_keys[:slice_index], img_keys[slice_index:]

img_name_train = []
cap_train = []
for imgt in img_name_train_keys:
  capt_len = len(img_to_cap_vector[imgt])
  img_name_train.extend([imgt] * capt_len)
  cap_train.extend(img_to_cap_vector[imgt])

img_name_val = []
cap_val = []
for imgv in img_name_val_keys:
  capv_len = len(img_to_cap_vector[imgv])
  img_name_val.extend([imgv] * capv_len)
  cap_val.extend(img_to_cap_vector[imgv])
len(img_name_train), len(cap_train), len(img_name_val), len(cap_val)
(24013, 24013, 6002, 6002)

یک مجموعه داده tf.data برای آموزش ایجاد کنید

تصاویر و زیرنویس‌های شما آماده هستند! در مرحله بعد، بیایید یک مجموعه داده tf.data ایجاد کنیم تا از آن برای آموزش مدل خود استفاده کنیم.

# Feel free to change these parameters according to your system's configuration

BATCH_SIZE = 64
BUFFER_SIZE = 1000
embedding_dim = 256
units = 512
num_steps = len(img_name_train) // BATCH_SIZE
# Shape of the vector extracted from InceptionV3 is (64, 2048)
# These two variables represent that vector shape
features_shape = 2048
attention_features_shape = 64
# Load the numpy files
def map_func(img_name, cap):
  img_tensor = np.load(img_name.decode('utf-8')+'.npy')
  return img_tensor, cap
dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((img_name_train, cap_train))

# Use map to load the numpy files in parallel
dataset = dataset.map(lambda item1, item2: tf.numpy_function(
          map_func, [item1, item2], [tf.float32, tf.int64]),
          num_parallel_calls=tf.data.AUTOTUNE)

# Shuffle and batch
dataset = dataset.shuffle(BUFFER_SIZE).batch(BATCH_SIZE)
dataset = dataset.prefetch(buffer_size=tf.data.AUTOTUNE)

مدل

واقعیت جالب: رمزگشای زیر با نمونه موجود در ترجمه ماشین عصبی با توجه یکسان است.

معماری مدل از کاغذ Show، Attend و Tell الهام گرفته شده است.

  • در این مثال، ویژگی‌ها را از لایه کانولوشنال پایینی InceptionV3 استخراج می‌کنید که بردار شکل را به ما می‌دهد (8، 8، 2048).
  • شما آن را به شکل (64، 2048) له می کنید.
  • سپس این بردار از طریق رمزگذار CNN (که از یک لایه کاملاً متصل تشکیل شده است) عبور داده می شود.
  • RNN (در اینجا GRU) روی تصویر برای پیش‌بینی کلمه بعدی حضور می‌یابد.
class BahdanauAttention(tf.keras.Model):
  def __init__(self, units):
    super(BahdanauAttention, self).__init__()
    self.W1 = tf.keras.layers.Dense(units)
    self.W2 = tf.keras.layers.Dense(units)
    self.V = tf.keras.layers.Dense(1)

  def call(self, features, hidden):
    # features(CNN_encoder output) shape == (batch_size, 64, embedding_dim)

    # hidden shape == (batch_size, hidden_size)
    # hidden_with_time_axis shape == (batch_size, 1, hidden_size)
    hidden_with_time_axis = tf.expand_dims(hidden, 1)

    # attention_hidden_layer shape == (batch_size, 64, units)
    attention_hidden_layer = (tf.nn.tanh(self.W1(features) +
                                         self.W2(hidden_with_time_axis)))

    # score shape == (batch_size, 64, 1)
    # This gives you an unnormalized score for each image feature.
    score = self.V(attention_hidden_layer)

    # attention_weights shape == (batch_size, 64, 1)
    attention_weights = tf.nn.softmax(score, axis=1)

    # context_vector shape after sum == (batch_size, hidden_size)
    context_vector = attention_weights * features
    context_vector = tf.reduce_sum(context_vector, axis=1)

    return context_vector, attention_weights
class CNN_Encoder(tf.keras.Model):
    # Since you have already extracted the features and dumped it
    # This encoder passes those features through a Fully connected layer
    def __init__(self, embedding_dim):
        super(CNN_Encoder, self).__init__()
        # shape after fc == (batch_size, 64, embedding_dim)
        self.fc = tf.keras.layers.Dense(embedding_dim)

    def call(self, x):
        x = self.fc(x)
        x = tf.nn.relu(x)
        return x
class RNN_Decoder(tf.keras.Model):
  def __init__(self, embedding_dim, units, vocab_size):
    super(RNN_Decoder, self).__init__()
    self.units = units

    self.embedding = tf.keras.layers.Embedding(vocab_size, embedding_dim)
    self.gru = tf.keras.layers.GRU(self.units,
                                   return_sequences=True,
                                   return_state=True,
                                   recurrent_initializer='glorot_uniform')
    self.fc1 = tf.keras.layers.Dense(self.units)
    self.fc2 = tf.keras.layers.Dense(vocab_size)

    self.attention = BahdanauAttention(self.units)

  def call(self, x, features, hidden):
    # defining attention as a separate model
    context_vector, attention_weights = self.attention(features, hidden)

    # x shape after passing through embedding == (batch_size, 1, embedding_dim)
    x = self.embedding(x)

    # x shape after concatenation == (batch_size, 1, embedding_dim + hidden_size)
    x = tf.concat([tf.expand_dims(context_vector, 1), x], axis=-1)

    # passing the concatenated vector to the GRU
    output, state = self.gru(x)

    # shape == (batch_size, max_length, hidden_size)
    x = self.fc1(output)

    # x shape == (batch_size * max_length, hidden_size)
    x = tf.reshape(x, (-1, x.shape[2]))

    # output shape == (batch_size * max_length, vocab)
    x = self.fc2(x)

    return x, state, attention_weights

  def reset_state(self, batch_size):
    return tf.zeros((batch_size, self.units))
encoder = CNN_Encoder(embedding_dim)
decoder = RNN_Decoder(embedding_dim, units, tokenizer.vocabulary_size())
optimizer = tf.keras.optimizers.Adam()
loss_object = tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(
    from_logits=True, reduction='none')


def loss_function(real, pred):
  mask = tf.math.logical_not(tf.math.equal(real, 0))
  loss_ = loss_object(real, pred)

  mask = tf.cast(mask, dtype=loss_.dtype)
  loss_ *= mask

  return tf.reduce_mean(loss_)

ایست بازرسی

checkpoint_path = "./checkpoints/train"
ckpt = tf.train.Checkpoint(encoder=encoder,
                           decoder=decoder,
                           optimizer=optimizer)
ckpt_manager = tf.train.CheckpointManager(ckpt, checkpoint_path, max_to_keep=5)
start_epoch = 0
if ckpt_manager.latest_checkpoint:
  start_epoch = int(ckpt_manager.latest_checkpoint.split('-')[-1])
  # restoring the latest checkpoint in checkpoint_path
  ckpt.restore(ckpt_manager.latest_checkpoint)

آموزش

  • شما ویژگی های ذخیره شده در فایل های .npy مربوطه را استخراج می کنید و سپس آن ویژگی ها را از طریق رمزگذار عبور می دهید.
  • خروجی رمزگذار، حالت مخفی (به صفر اولیه) و ورودی رمزگشا (که نشانه شروع است) به رمزگشا ارسال می شود.
  • رمزگشا پیش بینی ها و حالت پنهان رمزگشا را برمی گرداند.
  • سپس حالت پنهان رمزگشا به مدل منتقل می شود و پیش بینی ها برای محاسبه تلفات استفاده می شوند.
  • از معلم اجباری برای تصمیم گیری در مورد ورودی بعدی رمزگشا استفاده کنید.
  • اجبار معلم تکنیکی است که در آن کلمه هدف به عنوان ورودی بعدی به رمزگشا ارسال می شود.
  • مرحله آخر محاسبه گرادیان ها و اعمال آن بر روی بهینه ساز و پس انتشار است.
# adding this in a separate cell because if you run the training cell
# many times, the loss_plot array will be reset
loss_plot = []
@tf.function
def train_step(img_tensor, target):
  loss = 0

  # initializing the hidden state for each batch
  # because the captions are not related from image to image
  hidden = decoder.reset_state(batch_size=target.shape[0])

  dec_input = tf.expand_dims([word_to_index('<start>')] * target.shape[0], 1)

  with tf.GradientTape() as tape:
      features = encoder(img_tensor)

      for i in range(1, target.shape[1]):
          # passing the features through the decoder
          predictions, hidden, _ = decoder(dec_input, features, hidden)

          loss += loss_function(target[:, i], predictions)

          # using teacher forcing
          dec_input = tf.expand_dims(target[:, i], 1)

  total_loss = (loss / int(target.shape[1]))

  trainable_variables = encoder.trainable_variables + decoder.trainable_variables

  gradients = tape.gradient(loss, trainable_variables)

  optimizer.apply_gradients(zip(gradients, trainable_variables))

  return loss, total_loss
EPOCHS = 20

for epoch in range(start_epoch, EPOCHS):
    start = time.time()
    total_loss = 0

    for (batch, (img_tensor, target)) in enumerate(dataset):
        batch_loss, t_loss = train_step(img_tensor, target)
        total_loss += t_loss

        if batch % 100 == 0:
            average_batch_loss = batch_loss.numpy()/int(target.shape[1])
            print(f'Epoch {epoch+1} Batch {batch} Loss {average_batch_loss:.4f}')
    # storing the epoch end loss value to plot later
    loss_plot.append(total_loss / num_steps)

    if epoch % 5 == 0:
      ckpt_manager.save()

    print(f'Epoch {epoch+1} Loss {total_loss/num_steps:.6f}')
    print(f'Time taken for 1 epoch {time.time()-start:.2f} sec\n')
Epoch 1 Batch 0 Loss 1.8456
Epoch 1 Batch 100 Loss 1.0777
Epoch 1 Batch 200 Loss 0.9622
Epoch 1 Batch 300 Loss 0.8434
Epoch 1 Loss 1.014586
Time taken for 1 epoch 138.65 sec

Epoch 2 Batch 0 Loss 0.8335
Epoch 2 Batch 100 Loss 0.8837
Epoch 2 Batch 200 Loss 0.7463
Epoch 2 Batch 300 Loss 0.7511
Epoch 2 Loss 0.777150
Time taken for 1 epoch 44.74 sec

Epoch 3 Batch 0 Loss 0.7390
Epoch 3 Batch 100 Loss 0.7585
Epoch 3 Batch 200 Loss 0.6950
Epoch 3 Batch 300 Loss 0.7005
Epoch 3 Loss 0.701813
Time taken for 1 epoch 44.45 sec

Epoch 4 Batch 0 Loss 0.6982
Epoch 4 Batch 100 Loss 0.6722
Epoch 4 Batch 200 Loss 0.6755
Epoch 4 Batch 300 Loss 0.6401
Epoch 4 Loss 0.653093
Time taken for 1 epoch 44.19 sec

Epoch 5 Batch 0 Loss 0.6415
Epoch 5 Batch 100 Loss 0.6135
Epoch 5 Batch 200 Loss 0.5888
Epoch 5 Batch 300 Loss 0.5981
Epoch 5 Loss 0.615233
Time taken for 1 epoch 45.75 sec

Epoch 6 Batch 0 Loss 0.6065
Epoch 6 Batch 100 Loss 0.6230
Epoch 6 Batch 200 Loss 0.5508
Epoch 6 Batch 300 Loss 0.5959
Epoch 6 Loss 0.581023
Time taken for 1 epoch 47.52 sec

Epoch 7 Batch 0 Loss 0.6380
Epoch 7 Batch 100 Loss 0.5746
Epoch 7 Batch 200 Loss 0.5576
Epoch 7 Batch 300 Loss 0.5388
Epoch 7 Loss 0.551511
Time taken for 1 epoch 47.96 sec

Epoch 8 Batch 0 Loss 0.5271
Epoch 8 Batch 100 Loss 0.5487
Epoch 8 Batch 200 Loss 0.5278
Epoch 8 Batch 300 Loss 0.5051
Epoch 8 Loss 0.523634
Time taken for 1 epoch 48.34 sec

Epoch 9 Batch 0 Loss 0.5387
Epoch 9 Batch 100 Loss 0.5466
Epoch 9 Batch 200 Loss 0.5317
Epoch 9 Batch 300 Loss 0.5031
Epoch 9 Loss 0.495649
Time taken for 1 epoch 48.90 sec

Epoch 10 Batch 0 Loss 0.4812
Epoch 10 Batch 100 Loss 0.4890
Epoch 10 Batch 200 Loss 0.4800
Epoch 10 Batch 300 Loss 0.4306
Epoch 10 Loss 0.470460
Time taken for 1 epoch 47.05 sec

Epoch 11 Batch 0 Loss 0.4595
Epoch 11 Batch 100 Loss 0.5130
Epoch 11 Batch 200 Loss 0.4837
Epoch 11 Batch 300 Loss 0.4131
Epoch 11 Loss 0.445139
Time taken for 1 epoch 47.19 sec

Epoch 12 Batch 0 Loss 0.4641
Epoch 12 Batch 100 Loss 0.4102
Epoch 12 Batch 200 Loss 0.4096
Epoch 12 Batch 300 Loss 0.4063
Epoch 12 Loss 0.421503
Time taken for 1 epoch 45.00 sec

Epoch 13 Batch 0 Loss 0.4452
Epoch 13 Batch 100 Loss 0.4459
Epoch 13 Batch 200 Loss 0.4030
Epoch 13 Batch 300 Loss 0.3882
Epoch 13 Loss 0.400453
Time taken for 1 epoch 46.19 sec

Epoch 14 Batch 0 Loss 0.4027
Epoch 14 Batch 100 Loss 0.3852
Epoch 14 Batch 200 Loss 0.3856
Epoch 14 Batch 300 Loss 0.3698
Epoch 14 Loss 0.379271
Time taken for 1 epoch 45.01 sec

Epoch 15 Batch 0 Loss 0.4088
Epoch 15 Batch 100 Loss 0.4009
Epoch 15 Batch 200 Loss 0.3582
Epoch 15 Batch 300 Loss 0.3935
Epoch 15 Loss 0.361601
Time taken for 1 epoch 46.80 sec

Epoch 16 Batch 0 Loss 0.3429
Epoch 16 Batch 100 Loss 0.3767
Epoch 16 Batch 200 Loss 0.3294
Epoch 16 Batch 300 Loss 0.3133
Epoch 16 Loss 0.341073
Time taken for 1 epoch 47.21 sec

Epoch 17 Batch 0 Loss 0.3515
Epoch 17 Batch 100 Loss 0.3071
Epoch 17 Batch 200 Loss 0.3077
Epoch 17 Batch 300 Loss 0.3125
Epoch 17 Loss 0.325189
Time taken for 1 epoch 46.71 sec

Epoch 18 Batch 0 Loss 0.3130
Epoch 18 Batch 100 Loss 0.3286
Epoch 18 Batch 200 Loss 0.2938
Epoch 18 Batch 300 Loss 0.3057
Epoch 18 Loss 0.309311
Time taken for 1 epoch 45.67 sec

Epoch 19 Batch 0 Loss 0.2724
Epoch 19 Batch 100 Loss 0.3337
Epoch 19 Batch 200 Loss 0.2802
Epoch 19 Batch 300 Loss 0.2969
Epoch 19 Loss 0.293295
Time taken for 1 epoch 45.10 sec

Epoch 20 Batch 0 Loss 0.2915
Epoch 20 Batch 100 Loss 0.2914
Epoch 20 Batch 200 Loss 0.2780
Epoch 20 Batch 300 Loss 0.2671
Epoch 20 Loss 0.280478
Time taken for 1 epoch 45.18 sec
plt.plot(loss_plot)
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Loss')
plt.title('Loss Plot')
plt.show()

png

کپشن!

  • تابع ارزیابی شبیه به حلقه آموزشی است، با این تفاوت که در اینجا از معلم اجباری استفاده نمی کنید. ورودی رمزگشا در هر مرحله زمانی، پیش بینی های قبلی آن به همراه حالت پنهان و خروجی رمزگذار است.
  • زمانی که مدل نشانه پایان را پیش بینی می کند، پیش بینی را متوقف کنید.
  • و وزنه های توجه را برای هر مرحله زمانی ذخیره کنید.
def evaluate(image):
    attention_plot = np.zeros((max_length, attention_features_shape))

    hidden = decoder.reset_state(batch_size=1)

    temp_input = tf.expand_dims(load_image(image)[0], 0)
    img_tensor_val = image_features_extract_model(temp_input)
    img_tensor_val = tf.reshape(img_tensor_val, (img_tensor_val.shape[0],
                                                 -1,
                                                 img_tensor_val.shape[3]))

    features = encoder(img_tensor_val)

    dec_input = tf.expand_dims([word_to_index('<start>')], 0)
    result = []

    for i in range(max_length):
        predictions, hidden, attention_weights = decoder(dec_input,
                                                         features,
                                                         hidden)

        attention_plot[i] = tf.reshape(attention_weights, (-1, )).numpy()

        predicted_id = tf.random.categorical(predictions, 1)[0][0].numpy()
        predicted_word = tf.compat.as_text(index_to_word(predicted_id).numpy())
        result.append(predicted_word)

        if predicted_word == '<end>':
            return result, attention_plot

        dec_input = tf.expand_dims([predicted_id], 0)

    attention_plot = attention_plot[:len(result), :]
    return result, attention_plot
def plot_attention(image, result, attention_plot):
    temp_image = np.array(Image.open(image))

    fig = plt.figure(figsize=(10, 10))

    len_result = len(result)
    for i in range(len_result):
        temp_att = np.resize(attention_plot[i], (8, 8))
        grid_size = max(int(np.ceil(len_result/2)), 2)
        ax = fig.add_subplot(grid_size, grid_size, i+1)
        ax.set_title(result[i])
        img = ax.imshow(temp_image)
        ax.imshow(temp_att, cmap='gray', alpha=0.6, extent=img.get_extent())

    plt.tight_layout()
    plt.show()
# captions on the validation set
rid = np.random.randint(0, len(img_name_val))
image = img_name_val[rid]
real_caption = ' '.join([tf.compat.as_text(index_to_word(i).numpy())
                         for i in cap_val[rid] if i not in [0]])
result, attention_plot = evaluate(image)

print('Real Caption:', real_caption)
print('Prediction Caption:', ' '.join(result))
plot_attention(image, result, attention_plot)
Real Caption: <start> a close up of a banana on a bed <end>
Prediction Caption: a banana attached are next to a single [UNK] <end>

png

آن را روی تصاویر خود امتحان کنید

برای سرگرمی، در زیر روشی ارائه شده است که می توانید از آن برای زیرنویس تصاویر خود با مدلی که به تازگی آموزش داده اید استفاده کنید. به خاطر داشته باشید که بر روی مقدار نسبتا کمی داده آموزش داده شده است و ممکن است تصاویر شما با داده های آموزشی متفاوت باشد (پس برای نتایج عجیب و غریب آماده باشید!)

image_url = 'https://tensorflow.org/images/surf.jpg'
image_extension = image_url[-4:]
image_path = tf.keras.utils.get_file('image'+image_extension, origin=image_url)

result, attention_plot = evaluate(image_path)
print('Prediction Caption:', ' '.join(result))
plot_attention(image_path, result, attention_plot)
# opening the image
Image.open(image_path)
Downloading data from https://tensorflow.org/images/surf.jpg
65536/64400 [==============================] - 0s 5us/step
73728/64400 [==================================] - 0s 4us/step
Prediction Caption: a man surfing on surf board on a wave. <end>

png

png

مراحل بعدی

تبریک میگم شما به تازگی یک مدل زیرنویس تصویر را با دقت آموزش داده اید. در مرحله بعد، به این مثال ترجمه ماشین عصبی با توجه نگاهی بیندازید. از معماری مشابهی برای ترجمه بین جملات اسپانیایی و انگلیسی استفاده می کند. همچنین می توانید آموزش کد موجود در این نوت بوک را روی مجموعه داده های متفاوتی آزمایش کنید.