Глубокое обучение без математики (6000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

УДК 004.85 ББК 32.971.3 Г52 Г52 Глубокое обучение без математики. Т. 2: Практика / пер. с анг. В. А. Яроцкого. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 610 с.: ил. Гласснер Э. ISBN 978-5-97060-767-1 Эта книга не похожа на большинство других учебников и руководств по глубокому обучению – в ней нет ни детального алгоритмического анализа, сопровождаемого обширной математикой, ни развернутых листингов программного кода. Автор выбрал золотую середину – благодаря дружелюбному подходу, сопровождаемому огромным количеством цветных иллюстраций, а также детальному и скрупулезному описанию он глубоко освещает основополагающие идеи и фундаментальные основы голубокого обучения и нейронных сетей. Второй том посвящен нейронным сетям – быстро развивающемуся направлению машинного обучения. Издание предназначено для всех читателей, кто хочет использовать глубокое обучение и нейронные сети в своей работе. УДК 004.85 ББК 32.971.3 Original English language edition published by The Imaginary Institute, Seattle, WA. Copyright © 2018 by Andrew Glassner. Russian­language edition copyright © 2019 by DMK Press. All rights reserved. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978­5­97060­767­1 (рус.) Copyright © 2018 by Andrew Glassner © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2020

Стр.5

Содержание ТОМ 1. ОСНОВЫ Глава 1. Введение в машинное обучение и глубокое обучение Глава 2. Хаотичность и базовая статистика Глава 3. Вероятность Глава 4. Правило Байеса Глава 5. Кривые и поверхности Глава 6. Теория информации Глава 7. Классификация Глава 8. Обучение и тестирование Глава 9. Избыточное обучение и недостаточное обучение Глава 10. Нейроны Глава 11. Обучение и мышление Глава 12. Подготовка данных Глава 13. Классификаторы Глава 14. Ансамбли Глава 15. Библиотека Scikit-learn Глава 16. Нейронные сети прямого распространения Глава 17. Функции активации Глава 18. Обратное распространение Глава 19. Оптимизаторы ТОМ 2. ПРАКТИКА Предисловие. Добро пожаловать! .....................................................................12 Глава 20. Глубокое обучение ...............................................................................19 20.1. Зачем здесь эта глава ........................................................................................19 20.2. Обзор глубокого обучения ................................................................................19 20.2.1. Тензоры .......................................................................................................21 20.3. Вход и выход слоев ............................................................................................22 20.3.1. Входной слой ..............................................................................................22 20.3.2. Выходной слой............................................................................................23 20.4. Обзор слоев глубокого обучения ......................................................................23

Стр.6

6  Содержание 20.4.1. Полносвязные слои ....................................................................................24 20.4.2. Функции активации ...................................................................................25 20.4.3. Выпадающий слой ......................................................................................26 20.4.4. Групповая нормализация ..........................................................................27 20.4.5. Свертка ........................................................................................................29 20.4.6. Объединение слоев ....................................................................................31 20.4.7. Рекуррентные слои .....................................................................................32 20.4.8. Другие применяемые слои ........................................................................33 20.5. Обзор схематических символов слоев .............................................................34 20.6. Некоторые примеры .........................................................................................35 20.7. Построение глубокого обучающегося ..............................................................43 20.7.1. Начало .........................................................................................................45 20.8. Интерпретация результатов .............................................................................46 20.8.1. Удовлетворительное объяснение ..............................................................50 Справочные материалы ............................................................................................52 Заимствованные рисунки .........................................................................................53 Глава 21. Нейронные сети свертки ....................................................................54 21.1. Зачем здесь эта глава ........................................................................................54 21.2. Введение ............................................................................................................54 21.2.1. Два значения слова «глубина» ...................................................................55 21.2.2. Сумма масштабированных величин .........................................................56 21.2.3. Разделение веса ..........................................................................................59 21.2.4. Локальное воспринимаемое поле .............................................................61 21.2.5. Ядро .............................................................................................................62 21.3. Свертка ...............................................................................................................63 21.3.1. Фильтры ......................................................................................................66 21.3.2. С высоты птичьего полета .........................................................................69 21.3.3. Иерархии фильтров ....................................................................................69 21.3.4. Дополнение пробелами (паддинг) ............................................................76 21.3.5. Величина шага ............................................................................................78 21.4. Многомерная свертка .......................................................................................80 21.4.1. Фильтры со многими каналами ................................................................83 21.4.2. Большой шаг в иерархиях ..........................................................................85 21.5. Свертка 1D .........................................................................................................86 21.6. Свертка 1×1 ........................................................................................................87 21.7. Слой свертки ......................................................................................................89 21.7.1. Инициализация весов фильтров ...............................................................90 21.8. Транспонированная свертка ............................................................................91 21.9. Пример сети свертки ........................................................................................95 21.9.1. Сеть VGG16 ..................................................................................................98 21.9.2. Посмотрим на фильтры. Часть 1 .............................................................102 21.9.3. Посмотрим на фильтры. Часть 2 .............................................................107 21.10. Противники ...................................................................................................111 Справочные материалы ..........................................................................................114 Заимствованные рисунки .......................................................................................116

Стр.7

Содержание  7 Глава 22. Рекуррентные нейронные сети .....................................................117 22.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................117 22.2. Введение ..........................................................................................................118 22.3. Состояние ........................................................................................................121 22.3.1. Использование состояния .......................................................................122 22.4. Структура ячейки RNN ....................................................................................126 22.4.1. Ячейка со многими состояниями ............................................................129 22.4.2. Интерпретация величин состояния ........................................................132 22.5. Организация входов .......................................................................................132 22.6. Обучение RNN .................................................................................................135 22.7. LSTM и GRU ......................................................................................................138 22.7.1. Вентиль ......................................................................................................138 22.7.2. LSTM ..........................................................................................................141 22.8. Структура RNN .................................................................................................146 22.8.1. Один или много входов и выходов .........................................................146 22.8.2. Глубокие RNN ...........................................................................................149 22.8.3. Двунаправленные RNN ............................................................................150 22.8.4. Глубокие двунаправленные RNN ............................................................151 Глава 23. Keras. Часть 1 .......................................................................................161 23.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................161 23.1.1. Структура этой главы ...............................................................................162 23.1.2. Ноутбуки ...................................................................................................162 23.1.3. Предупреждения Python ..........................................................................162 22.9. Пример .............................................................................................................151 Справочные материалы ..........................................................................................157 23.2. Библиотеки и отладка .....................................................................................163 23.2.1. Версии и стиль программирования ........................................................164 23.2.2. Программирование на Python и отладка ...............................................165 23.3. Обзор ................................................................................................................166 23.3.1. Что такое модель? ....................................................................................167 23.3.2. Тензоры и решетки ..................................................................................167 23.3.3. Установка Keras .........................................................................................167 23.3.4. Форма тензоров изображений ................................................................168 23.3.4. Графический процессор и ускорители....................................................171 23.4. Начало работы .................................................................................................171 23.4.1. Hello, World ...............................................................................................172 23.5. Подготовка данных .........................................................................................174 23.5.1. Переформатирование ..............................................................................175 23.5.2. Загрузка данных ......................................................................................182 23.5.3. Глядя на данные .......................................................................................184 23.5.4. Разбиение на обучающий и тестовый наборы .......................................189 23.5.5. Исправление типа данных .......................................................................190 23.5.6. Нормализация данных.............................................................................191 23.5.7. Исправление маркировок ........................................................................193 23.5.8. Вся предварительная обработка в одном месте ....................................197

Стр.8

8  Содержание 23.6. Создание модели .............................................................................................198 23.6.1. Преобразование решетки в список .........................................................199 23.6.2. Создание модели ......................................................................................201 23.6.3. Компиляция модели ................................................................................206 23.6.4. Резюме создания модели .........................................................................209 23.7. Обучение модели .............................................................................................210 23.8. Обучение и использование модели ...............................................................213 23.8.1. Взгляд на выходные данные ....................................................................214 23.8.2. Предсказание ............................................................................................217 23.8.3. Анализ истории обучения .......................................................................221 23.9. Сохранение и загрузка ....................................................................................223 23.9.1. Сохранение всего в одном файле ............................................................223 23.9.2. Сохранение только весов .........................................................................224 23.9.3. Сохранение только архитектуры ............................................................224 23.9.4. Использование предварительно обученных программ ........................225 23.9.5. Сохранение шагов предварительной обработки ...................................226 23.10. Обратные вызовы ..........................................................................................227 23.10.1. Контрольная точка .................................................................................227 23.10.2. Скорость обучения .................................................................................230 23.10.3. Ранняя остановка ...................................................................................231 Справочные материалы ..........................................................................................233 Заимствованные рисунки .......................................................................................235 Глава 24. Keras. Часть 2 .......................................................................................236 24.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................236 24.2. Улучшение модели ..........................................................................................236 24.2.1. Подсчет гиперпараметров .......................................................................237 24.2.2 Изменение одного гиперпараметра ........................................................238 24.2.3. Другие пути улучшения ...........................................................................240 24.2.4. Добавление плотного слоя ......................................................................241 24.2.5. Меньше – больше .....................................................................................242 24.2.6. Добавление выпадения ............................................................................244 24.2.7. Наблюдения ..............................................................................................249 24.3. Использование библиотеки Scikit-Learn .......................................................249 24.3.1. Упаковщик библиотеки Keras ..................................................................250 24.3.2. Кросс-валидация ......................................................................................253 24.3.3. Кросс-валидация с нормализацией ........................................................257 24.3.4. Поиск гиперпараметров ..........................................................................259 24.4. Нейронные сети свертки (CNN) .....................................................................267 24.4.1. Сервисные слои ........................................................................................268 24.4.2. Подготовка данных для сетей свертки ...................................................270 24.4.3. Слои свертки .............................................................................................273 24.4.4. Использование свертки для MNIST.........................................................279 24.4.5. Комбинации слоев ...................................................................................288 24.4.6. Увеличение данных изображения ...........................................................290 24.4.7. Синтетические данные ............................................................................294 24.4.8. Поиск параметров для CNN .....................................................................296

Стр.9

Содержание  9 24.4. Рекуррентные нейронные сети (RNN) ...........................................................296 24.5.1. Генерация последовательных данных ....................................................296 24.5.2. Подготовка данных для RNN ...................................................................299 24.5.3. Построение и обучение RNN ...................................................................305 24.5.4. Анализ работы RNN .................................................................................308 24.5.5. Более сложные наборы данных ...............................................................315 24.5.6. Глубокая RNN ............................................................................................317 24.5.7. Значение большого количества данных .................................................320 24.5.8. Возвращаемые последовательности .......................................................323 24.5.9. RNN с фиксацией состояния ....................................................................327 24.5.10. Распределенные во времени слои ........................................................329 24.5.11. Генерирование текста ............................................................................333 24.6. Интерфейс прикладного программирования ...............................................339 24.6.1. Входные слои ............................................................................................341 24.6.2. Создание функциональной модели ........................................................342 Глава 25. Автокодировщики ..............................................................................348 25.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................348 25.2. Введение ..........................................................................................................349 25.2.1. Кодирование с потерями и без потерь ...................................................349 25.2.2. Доменное кодирование ...........................................................................350 25.2.3. Смешивание представлений данных .....................................................352 Справочные материалы ..........................................................................................347 Заимствованные рисунки .......................................................................................347 25.3. Простейший автокодировщик .......................................................................355 25.4. Более сложные автокодировщики .................................................................360 25.5. Исследование автокодировщиков .................................................................363 25.5.1. Скрытые переменные ..............................................................................363 25.5.2. Параметрическое пространство..............................................................366 25.5.2. Смешивание скрытых переменных ........................................................371 25.5.4. Прогнозирование нового входа ..............................................................373 25.6. Обсуждение .....................................................................................................374 25.7. Сверточный автокодировщик ........................................................................375 25.7.1. Смешивание скрытых переменных ........................................................377 25.7.2. Прогнозирование нового входа ...............................................................379 25.8. Понижение уровня шума ................................................................................380 25.9. Вариационные автокодировщики .................................................................382 25.9.1. Распределение скрытых переменных ....................................................383 25.9.2. Структура вариационного автокодировщика ........................................384 25.10. Изучение VAE .................................................................................................390 Справочные материалы ..........................................................................................399 Заимствованные рисунки .......................................................................................400 Глава 26. Обучение с подкреплением ............................................................401 26.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................401 26.2. Цели ..................................................................................................................402

Стр.10

10  Содержание 26.2.1. Обучение новой игре ...............................................................................403 26.3. Структура обучения с подкреплением ..........................................................406 26.3.1. Шаг 1: агент выбирает действие ..............................................................408 26.3.2. Шаг 2: отклик окружающей среды ..........................................................409 26.3.3. Шаг 3: агент обновляется .........................................................................410 26.3.4. Вариации простой версии .......................................................................411 26.3.5. Обратно к общей картине ........................................................................412 26.3.6. Сохранение опыта ....................................................................................413 26.3.7. Вознаграждения .......................................................................................414 26.4. Игра флиппер ..................................................................................................419 26.5. L-обучение .......................................................................................................421 26.5.1. Обработка непредсказуемости................................................................431 26.6. Q-обучение ......................................................................................................433 26.6.1. Q-величины и обновление ......................................................................434 26.6.2. Политика Q-обучения ..............................................................................437 26.6.3. Собираем все вместе ................................................................................439 26.6.4. Сходимость алгоритма Q-обучения ........................................................440 26.6.5. Q-обучение в действии ............................................................................441 26.7. SARSA ...............................................................................................................448 26.7.1. SARSA в действии .....................................................................................451 26.7.2. Сравнение Q-обучения и SARSA..............................................................457 26.8. Общая картина ................................................................................................461 26.9. Воспроизведение опыта .................................................................................462 26.10. Два применения ............................................................................................463 Справочные материалы ..........................................................................................465 Глава 27. Порождающие состязательные сети .............................................467 27.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................467 27.2. Метафора: фальшивые деньги .......................................................................468 27.2.1. Обучение на основе опыта.......................................................................471 27.2.2. Подделка с помощью нейронных сетей ..................................................473 27.2.3. Циклы обучения .......................................................................................475 27.3. Почему антагонистические сети? ..................................................................477 27.4. Применение сетей GAN ...................................................................................478 27.4.1. Дискриминатор ........................................................................................478 27.4.2. Генератор ..................................................................................................478 27.4.3. Обучение сети GAN ..................................................................................480 27.4.4. Играть в игру ............................................................................................482 27.5. Сеть GAN в действии .......................................................................................482 27.6. Сети DCGAN .....................................................................................................488 27.6.1. Эмпирические правила ............................................................................490 27.7. Проблемы .........................................................................................................492 27.7.1. Использование больших образцов ..........................................................493 27.7.2. Модальный коллапс ..................................................................................493 Справочные материалы ..........................................................................................495

Стр.11

Содержание  11 Глава 28. Применение для творчества ...........................................................497 28.1. Зачем здесь эта глава ......................................................................................497 28.2. Визуализирующие фильтры ...........................................................................497 28.2.1. Выбор сети ................................................................................................497 28.2.2. Визуализация одного фильтра ................................................................498 28.2.3. Визуализация одного слоя .......................................................................501 28.3. Глубокие сновидения ......................................................................................502 28.4. Нейронное преобразование стиля .................................................................507 28.4.1. Захват стиля в матрице ............................................................................507 28.4.2. Общая картина .........................................................................................509 28.4.3. Потери содержания ..................................................................................510 28.4.4. Потери стиля.............................................................................................512 28.4.5. Перенос стиля ...........................................................................................516 28.4.6. Обсуждение ..............................................................................................522 28.5. Генерация другого текста этой книги ............................................................524 Справочные материалы ..........................................................................................525 Заимствованные рисунки .......................................................................................526 Глава 29. Наборы данных ..................................................................................527 29.1. Общедоступные наборы данных....................................................................527 29.2. MNIST and Fashion-MNIST ..............................................................................528 29.3. Наборы данных, встроенные в библиотеку ...................................................528 29.3.1. scikit-learn .................................................................................................528 29.3.2. Keras ..........................................................................................................529 Глава 30. Глоссарий ..............................................................................................533 Предметный указатель .......................................................................................606 29.4. Коллекции кураторских наборов данных ......................................................529 29.5. Некоторые новые наборы данных .................................................................530

Стр.12