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我們在使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡或遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡或其他變體時，通常都希望對模型的架構可以進行可視化的查看，因為這樣我們可以 在定義和訓練多個模型時，比較不同的層以及它們放置的順序對結果的影響。還有可以更好地理解模型結構、激活函數(shù)、模型參數(shù)形狀（神經(jīng)元數(shù)量）等。

keras 中有一些現(xiàn)成的包可以創(chuàng)建我們的神經(jīng)網(wǎng)絡模型的可視化表示。前三個包可以在模型訓練之前使用（只需要定義和編譯模型）；但是Tensor Boards 要求用戶在架構可視化之前根據(jù)準確的數(shù)據(jù)訓練模型。

在開始進行可視化之前，我們先需要安裝相應的包：

pip install visualkeras
 pip install ann_visualizer
 pip install graphviz

然后我們創(chuàng)建一個模型，并用這4個包來進行可視化：

在實際使用時我們希望的是通過可視化來對比模型架構，所以這里定義三個具有不同超參數(shù) CNN 模型。我們創(chuàng)建了用戶定義的函數(shù)來分別構建具有不同數(shù)量的 CNN 層、池化層和最后的密集層的三個不同模型。

架構1：淺層CNN+分類頭

 def construct_model():
    model = Sequential()
    model.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), input_shape=(128, 128, 1), activation=’relu’))
    model.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    model.add(MaxPool2D((2, 2)))
    model.add(Flatten())
    model.add(Dense(256, activation=’relu’))model.add(Dense(12, activation=’softmax’))
    model.compile(loss=’categorical_crossentropy’, optimizer=’adam’, metrics=[‘a(chǎn)ccuracy’])
    return model

架構2：深層CNN+mlp分類頭

 def sconstruct_model():
    smodel = Sequential()
    smodel.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), input_shape=(128, 128, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Flatten())
    smodel.add(Dense(256, activation=’relu’))
    smodel.add(Dense(12, activation=’softmax’))
    #optimizer = Adam(lr=0.001)
    smodel.compile(loss=’categorical_crossentropy’, optimizer=’adam’, metrics=[‘a(chǎn)ccuracy’])
    #model.summary()
    return smodel

架構3：深層CNN+分類頭

 def cconstruct_model(learningRate):
    smodel = Sequential()
    smodel.add(Conv2D(filters=32, kernel_size=(3, 3), input_shape=(128, 128, 1), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=32, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation=’relu’))
    smodel.add(MaxPool2D((2, 2)))
    smodel.add(Flatten())
    smodel.add(Dense(256, activation=’relu’))
    smodel.add(Dense(256, activation=’relu’))
    smodel.add(Dense(12, activation=’softmax’))
    optimizer = Adam(lr=learningRate)
    smodel.compile(loss=’categorical_crossentropy’, optimizer=optimizer, metrics=[‘a(chǎn)ccuracy’])
    smodel.summary()
    return smodel

有了這3個模型，我們將使用4種方法來可視化cnn的結構

ANN Visualizer

ANN Visualizer 的 Python 模塊可以通過幾行代碼來可視化神經(jīng)網(wǎng)絡。它使用 Keras 和 Python 的 Graphviz 模塊來生成一個整潔的神經(jīng)網(wǎng)絡圖。它是最早的幾個可視化包之一，但是最近已經(jīng)不更新了，我們先介紹他是因為它算是最早出現(xiàn)的，也是最有名的。

ANN Visualizer可視化需要首先編譯模型

model=construct_model()

主要參數(shù)如下：

• ann_viz(model, view=True, filename=”network.gv”, title=”MyNeural Network”)
• model—Keras的模型
• view—在調用ann_viz()之后顯示可視化圖形
• filename—文件名
• title—自定義標題

from ann_visualizer.visualize import ann_viz
 ann_viz(model, view=True, filename=”cconstruct_model”, title=”CNN — Model 1 — Simple Architecture”)

上面就是使用ANN Visualizer創(chuàng)建的construct_model()的可視化圖。可以看到，如果模型太大顯示效果不會太好，這可能也是ANN Visualizer被淘汰的一個原因。

Visual Keras

Visualkeras可以更容易地查看Keras的神經(jīng)網(wǎng)絡設計(可以單獨查看，也可以作為TensorFlow的一部分)。

model1=construct_model()
 model2=sconstruct_model()
 model3=cconstruct_model(0.009)
 
 import visualkeras
 from PIL import ImageFont
 visualkeras.layered_view(model1, legend=True)
 visualkeras.layered_view(model2, legend=True)
 visualkeras.layered_view(model3, legend=True)

model1=construct_model()
 model2=sconstruct_model()
 model3=cconstruct_model(0.009)
 
 import visualkeras
 from PIL import ImageFont
 visualkeras.layered_view(model1, legend=True)
 visualkeras.layered_view(model2, legend=True)
 visualkeras.layered_view(model3, legend=True)

可以通過可視化來對比出不同層的大小，這個還是很有用的。

Keras Model Plot

keras.utils.plot_model是keras的內建繪制Keras模型函數(shù)，它使用了Graphviz和pydot包。從圖上可，它不如上面使用的包直觀，但它概述了順序模型的基本體系結構。

tf.keras.utils.plot_model(model1,to_file="model.png",show_shapes=True,show_dtype=False,show_layer_names=True,rankdir="TB",expand_nested=True,dpi=96,layer_range=None,show_layer_activatinotallow=True,)

一下是幾個參數(shù)的介紹:

• model: Keras編譯后的模型或模型對象的實例
• to_file:保存的文件名
• Show_shapes:顯示神經(jīng)網(wǎng)絡中每一層的尺寸和形狀
• show_layer_activation:顯示神經(jīng)元內部使用的激活函數(shù)

TensorBoard

TensorBoard 允許用戶可視化不同模型運行的日志。日志的范圍可以從跟蹤任何模型驗證度量（不同輪次的準確率、召回率、RMSE、MAPE 和 MSE）到創(chuàng)建模型的架構圖。它是一個強大的工具，可以可視化預期模型是否與預期設計匹配，同時深入了解如何使用操作級圖更改模型。

我們需要先加載 TensorBoard，然后創(chuàng)建一個日志目錄。

%load_ext tensorboard
 from datetime import datetime
 from tensorflow import keras
 
 logdir="logs/fit/" + datetime.now().strftime("%Y%m%d-%H%M%S")
 tensorboard_callback = keras.callbacks.TensorBoard(log_dir=logdir)

使用Keras TensorBoard回調函數(shù)，在訓練前指定日志目錄。然后通過向model.fit()提供這個回調來保證數(shù)據(jù)被記錄在TensorBoard中。

model.fit(X2_train, Y2_train,batch_size=64,epochs=5,callbacks=[tensorboard_callback])

X2_train和Y2_train是上面代碼中沒有反映的訓練數(shù)據(jù)集。你可以用你自己的任何訓練數(shù)據(jù)來替換它。

可以看到TensorBoard 始終會顯示操作級別的圖表，雖然對于每一層的架構并不明顯，但是對于每一個操作缺失非常詳細的。

還需要注意的是，與代碼相比該圖是上下顛倒的，因為數(shù)據(jù)從底部流向頂部。但是該圖大致類似于 Keras 模型的描述，有額外的邊通向其他計算節(jié)點。

當前標題：Keras可視化神經(jīng)網(wǎng)絡架構的四種方法
本文URL：http://www.dlmjj.cn/article/djcshsh.html