Bài 16: Dự đoán chuỗi thời gian bằng LSTM RNN

Bài 16: Dự đoán chuỗi thời gian bằng LSTM RNN - Keras cơ bản

Đăng bởi: Admin | Lượt xem: 3695 | Chuyên mục: AI

Trong bài này, ta tiến hành viết một RNN đơn giản dựa trên bộ nhớ dài hạn (LSTM) để phân tích trình tự. Chuỗi là một tập hợp các giá trị trong đó mỗi giá trị tương ứng với một phiên bản thời gian cụ thể. Chúng ta hãy xem xét một ví dụ đơn giản về việc đọc một câu. Đọc và hiểu một câu bao gồm việc đọc từ theo thứ tự đã cho và cố gắng hiểu từng từ và nghĩa của nó trong ngữ cảnh nhất định và cuối cùng là hiểu câu đó theo cảm xúc tích cực hoặc tiêu cực.

Ở đây, các từ được coi là giá trị và giá trị đầu tiên tương ứng với từ đầu tiên, giá trị thứ hai tương ứng với từ thứ hai, v.v. và thứ tự sẽ được duy trì nghiêm ngặt. Phân tích trình tự được sử dụng thường xuyên trong xử lý ngôn ngữ tự nhiên để tìm ra phân tích tình cảm của văn bản đã cho.

Ta sẽ thử tạo một mô hình LSTM để phân tích các đánh giá phim IMDB và tìm ra cảm xúc tích cực / tiêu cực của nó.

Mô hình phân tích trình tự có thể được trình bày như sau:

Các tính năng cốt lõi của mô hình như sau:

Lớp đầu vào sử dụng lớp Embedding(Nhúng) với 128 đặc trưng (features).
Lớp đầu tiên, Dense bao gồm 128 đơn vị với số normal dropout và số recurrent dropout liên tục được đặt thành 0,2.
Lớp đầu ra, Dense bao gồm 1 đơn vị và hàm kích hoạt (activation) ‘sigmoid’.
Sử dụng binary_crossentropy làm hàm mất mát.
Sử dụng adam làm Trình tối ưu hóa.
Sử dụng accuracy (độ chính xác ) làm thước đo.
Sử dụng 32 batch size.
15 epochs.
Độ dài tối đa của từ là 80
Một câu tối đa 2000 từ

Bước 1: Import các thư viện cần thiết :

from keras.preprocessing import sequence 
from keras.models import Sequential 
from keras.layers import Dense, Embedding 
from keras.layers import LSTM 
from keras.datasets import imdb

Bước 2: Load dữ liệu

import imdb dataset.

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = imdb.load_data(num_words = 2000)

Trong đó

imdb là một tập dữ liệu do Keras cung cấp. Đại diện cho một bộ sưu tập các bộ phim và các đánh giá .
num_words số lượng từ tối đa trong bài đánh giá.

Bước 3: Xử lý dữ liệu

Thay đổi tập dữ liệu theo mô hình để nó có thể được đưa vào mô hình . Dữ liệu có thể được thay đổi bằng cách dưới đây:

x_train = sequence.pad_sequences(x_train, maxlen=80) 
x_test = sequence.pad_sequences(x_test, maxlen=80)

Trong đó :

sequence.pad_sequences chuyển đổi danh sách dữ liệu đầu vào có hình dạng, (dữ liệu) thành mảng NumPy 2D có hình dạng (data, timesteps). Về cơ bản, nó thêm khái niệm bước thời gian vào dữ liệu đã cho. Nó tạo ra các timesteps dài, maxlen.

Bước 4: Tạo mô hình

Tạo mô hình thực tiễn

model = Sequential() 
model.add(Embedding(2000, 128)) 
model.add(LSTM(128, dropout = 0.2, recurrent_dropout = 0.2)) 
model.add(Dense(1, activation = 'sigmoid'))

Trong đó:

Sử dụng lớp Embedding làm lớp đầu vào và sau đó thêm lớp LSTM. Cuối cùng, một lớp Dense được sử dụng làm lớp đầu ra.

Bước 5: Biên dịch mô hình

Sử dụng hàm mất mát, trình tối ưu hóa và số liệu đã chọn.

model.compile(loss = 'binary_crossentropy', 
   optimizer = 'adam', metrics = ['accuracy'])

Bước 6: Huấn luyện mô hình

Sử dụng phương thức fit()

model.fit(
   x_train, y_train, 
   batch_size = 32, 
   epochs = 15, 
   validation_data = (x_test, y_test)
)

Sau khi thực thi , kết quả hiện trên màn hình như sau :

Epoch 1/15 2019-09-24 01:19:01.151247: I 
tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:142] 
Your CPU supports instructions that this 
TensorFlow binary was not co mpiled to use: AVX2 
25000/25000 [==============================] - 101s 4ms/step - loss: 0.4707 
- acc: 0.7716 - val_loss: 0.3769 - val_acc: 0.8349 Epoch 2/15 
25000/25000 [==============================] - 95s 4ms/step - loss: 0.3058 
- acc: 0.8756 - val_loss: 0.3763 - val_acc: 0.8350 Epoch 3/15 
25000/25000 [==============================] - 91s 4ms/step - loss: 0.2100 
- acc: 0.9178 - val_loss: 0.5065 - val_acc: 0.8110 Epoch 4/15 
25000/25000 [==============================] - 90s 4ms/step - loss: 0.1394 
- acc: 0.9495 - val_loss: 0.6046 - val_acc: 0.8146 Epoch 5/15 
25000/25000 [==============================] - 90s 4ms/step - loss: 0.0973 
- acc: 0.9652 - val_loss: 0.5969 - val_acc: 0.8147 Epoch 6/15 
25000/25000 [==============================] - 98s 4ms/step - loss: 0.0759 
- acc: 0.9730 - val_loss: 0.6368 - val_acc: 0.8208 Epoch 7/15 
25000/25000 [==============================] - 95s 4ms/step - loss: 0.0578 
- acc: 0.9811 - val_loss: 0.6657 - val_acc: 0.8184 Epoch 8/15 
25000/25000 [==============================] - 97s 4ms/step - loss: 0.0448 
- acc: 0.9850 - val_loss: 0.7452 - val_acc: 0.8136 Epoch 9/15 
25000/25000 [==============================] - 95s 4ms/step - loss: 0.0324 
- acc: 0.9894 - val_loss: 0.7616 - val_acc: 0.8162Epoch 10/15 
25000/25000 [==============================] - 100s 4ms/step - loss: 0.0247 
- acc: 0.9922 - val_loss: 0.9654 - val_acc: 0.8148 Epoch 11/15 
25000/25000 [==============================] - 99s 4ms/step - loss: 0.0169 
- acc: 0.9946 - val_loss: 1.0013 - val_acc: 0.8104 Epoch 12/15 
25000/25000 [==============================] - 90s 4ms/step - loss: 0.0154 
- acc: 0.9948 - val_loss: 1.0316 - val_acc: 0.8100 Epoch 13/15 
25000/25000 [==============================] - 89s 4ms/step - loss: 0.0113 
- acc: 0.9963 - val_loss: 1.1138 - val_acc: 0.8108 Epoch 14/15 
25000/25000 [==============================] - 89s 4ms/step - loss: 0.0106 
- acc: 0.9971 - val_loss: 1.0538 - val_acc: 0.8102 Epoch 15/15 
25000/25000 [==============================] - 89s 4ms/step - loss: 0.0090 
- acc: 0.9972 - val_loss: 1.1453 - val_acc: 0.8129 
25000/25000 [==============================] - 10s 390us/step

Bước 7 − Đánh giá mô hình

Sử dụng dữ liệu test để đánh giá dữ liệu

score, acc = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size = 32) 
   
print('Test score:', score) 
print('Test accuracy:', acc)

Kết quả:

Test score: 1.145306069601178 
Test accuracy: 0.81292

Bài tiếp theo: Ứng dụng >>

Theo dõi VnCoder trên Facebook, để cập nhật những bài viết, tin tức và khoá học mới nhất!