Tenseurs, couches et autoencodeurs

Introduction à Deep Learning avec Keras

Miguel Esteban

Data Scientist & Founder

Accéder aux couches Keras

# Accéder à la première couche d'un modèle Keras
first_layer = model.layers[0]

# Afficher la couche, ainsi que ses entrées, sorties et poids
print(first_layer.input)
print(first_layer.output)
print(first_layer.weights)

<tf.Tensor 'dense_1_input:0' shape=(?, 3) dtype=float32>

<tf.Tensor 'dense_1/Relu:0' shape=(?, 2) dtype=float32>

[<tf.Variable 'dense_1/kernel:0' shape=(3, 2) dtype=float32_ref>,
 <tf.Variable 'dense_1/bias:0' shape=(2,) dtype=float32_ref>]

Qu'est-ce qu'un tenseur ?

# Définir un tenseur de rang 2 (2 dimensions)
T2 = [[1,2,3],
      [4,5,6],
      [7,8,9]]

# Définir un tenseur de rang 3 (3 dimensions)
T3 = [[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]]

# Importer l'interface Keras bas niveau
import tensorflow.keras.backend as K

# Obtenir les tenseurs d'entrée et de sortie d'une couche du modèle
inp = model.layers[0].input
out = model.layers[0].output

# Fonction qui fait correspondre les entrées de la couche à ses sorties
inp_to_out = K.function([inp], [out])

# On passe une entrée et on obtient la sortie de cette première couche
print(inp_to_out([X_train])

# Sorties de la première couche par échantillon de X_train
[array([[0.7, 0],...,[0.1, 0.3]])]

Autoencodeurs !

Cas d'usage des autoencodeurs

Réduction de dimension :
- Représentation de nos entrées dans un espace plus petit.
Débruitage des données :
- Entraîné sur des données propres, le bruit inutile est filtré à la reconstruction.
Détection d'anomalies :
- De nouvelles entrées mènent à une reconstruction de faible qualité.
...

Construire un autoencodeur simple

# Instancier un modèle séquentiel
autoencoder = Sequential()

# Ajouter une couche cachée de 4 neurones et une entrée de 100
autoencoder.add(Dense(4, input_shape=(100,), activation='relu'))

# Ajouter une couche de sortie de 100 neurones
autoencoder.add(Dense(100, activation='sigmoid'))

# Compiler le modèle avec la perte appropriée
autoencoder.compile(optimizer='adam', loss='binary_crossentropy')

Le scinder en encodeur

# Construire un modèle séparé pour encoder les entrées
encoder = Sequential()
encoder.add(autoencoder.layers[0])

# La prédiction retourne les sorties des 4 neurones de la couche cachée
encoder.predict(X_test)

# Quatre nombres par observation de X_test
array([10.0234375, 5.833543, 18.90444, 9.20348],...)

Faisons des essais !

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