Модели с несколькими выходами

Глубокое обучение на PyTorch: средний уровень

Michal Oleszak

Machine Learning Engineer

Зачем нужны несколько выходов?

Многозадачное обучение Схема модели: изображение автомобиля на входе, марка и модель как два выхода.

Многоклассовая классификация Схема модели: одно изображение на входе, несколько предсказаний на выходе.

Регуляризация Схема модели: несколько блоков слоёв, после каждого формируется отдельный выход.

Классификация символа и алфавита

Схема модели: изображение символа передаётся в нейронную сеть.

Классификация символа и алфавита

Схема модели: два классификатора определяют символ и алфавит по векторному представлению изображения.

Dataset с двумя выходами

class OmniglotDataset(Dataset):
    def __init__(self, transform, samples):
        self.transform = transform
        self.samples = samples

    def __len__(self):
        return len(self.samples)

    def __getitem__(self, idx):
        img_path, alphabet, label = \
            self.samples[idx]
        img = Image.open(img_path).convert('L')
        img = self.transform(img)
        return img, alphabet, label

Можно использовать тот же Dataset...
...с обновлёнными выборками:

  print(samples[0])

  [(
    'omniglot_train/.../0459_14.png',
     0,
     0,
   )]

Архитектура с двумя выходами

class Net(nn.Module):
    def __init__(self, num_alpha, num_char):
        super().__init__()
        self.image_layer = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(1, 16, kernel_size=3, padding=1),
            nn.MaxPool2d(kernel_size=2),
            nn.ELU(),
            nn.Flatten(),
            nn.Linear(16*32*32, 128)
        )

        self.classifier_alpha = nn.Linear(128, 30)
        self.classifier_char = nn.Linear(128, 964)


    def forward(self, x):
        x_image = self.image_layer(x)

        output_alpha = self.classifier_alpha(x_image)
        output_char = self.classifier_char(x_image)

        return output_alpha, output_char

Определить подсеть для обработки изображений
Определить классификаторы для каждого выхода
Пропустить изображение через подсеть
Пропустить результат через каждый выходной слой
Вернуть оба выхода

Цикл обучения

for epoch in range(10):
    for images, labels_alpha, labels_char \
    in dataloader_train:
        optimizer.zero_grad()
        outputs_alpha, outputs_char = net(images)

        loss_alpha = criterion(
          outputs_alpha, labels_alpha
        )
        loss_char = criterion(
          outputs_char, labels_char
        )

        loss = loss_alpha + loss_char

        loss.backward()
        optimizer.step()

Модель формирует два выхода
Вычислить функцию потерь для каждого выхода
Объединить потери в суммарную функцию потерь
Выполнить обратное распространение и оптимизацию

Давайте потренируемся!

Глубокое обучение на PyTorch: средний уровень