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5-8,回调函数callbacks#

tf.keras的回调函数实际上是一个类,一般是在model.fit时作为参数指定,用于控制在训练过程开始或者在训练过程结束,在每个epoch训练开始或者训练结束,在每个batch训练开始或者训练结束时执行一些操作,例如收集一些日志信息,改变学习率等超参数,提前终止训练过程等等。

同样地,针对model.evaluate或者model.predict也可以指定callbacks参数,用于控制在评估或预测开始或者结束时,在每个batch开始或者结束时执行一些操作,但这种用法相对少见。

大部分时候,keras.callbacks子模块中定义的回调函数类已经足够使用了,如果有特定的需要,我们也可以通过对keras.callbacks.Callbacks实施子类化构造自定义的回调函数。

所有回调函数都继承至 keras.callbacks.Callbacks基类,拥有params和model这两个属性。

其中params 是一个dict,记录了训练相关参数 (例如 verbosity, batch size, number of epochs 等等)。

model即当前关联的模型的引用。

此外,对于回调类中的一些方法如on_epoch_begin,on_batch_end,还会有一个输入参数logs, 提供有关当前epoch或者batch的一些信息,并能够记录计算结果,如果model.fit指定了多个回调函数类,这些logs变量将在这些回调函数类的同名函数间依顺序传递。

一,内置回调函数#

  • BaseLogger: 收集每个epoch上metrics在各个batch上的平均值,对stateful_metrics参数中的带中间状态的指标直接拿最终值无需对各个batch平均,指标均值结果将添加到logs变量中。该回调函数被所有模型默认添加,且是第一个被添加的。

  • History: 将BaseLogger计算的各个epoch的metrics结果记录到history这个dict变量中,并作为model.fit的返回值。该回调函数被所有模型默认添加,在BaseLogger之后被添加。

  • EarlyStopping: 当被监控指标在设定的若干个epoch后没有提升,则提前终止训练。

  • TensorBoard: 为Tensorboard可视化保存日志信息。支持评估指标,计算图,模型参数等的可视化。

  • ModelCheckpoint: 在每个epoch后保存模型。

  • ReduceLROnPlateau:如果监控指标在设定的若干个epoch后没有提升,则以一定的因子减少学习率。

  • TerminateOnNaN:如果遇到loss为NaN,提前终止训练。

  • LearningRateScheduler:学习率控制器。给定学习率lr和epoch的函数关系,根据该函数关系在每个epoch前调整学习率。

  • CSVLogger:将每个epoch后的logs结果记录到CSV文件中。

  • ProgbarLogger:将每个epoch后的logs结果打印到标准输出流中。


二,自定义回调函数#

可以使用callbacks.LambdaCallback编写较为简单的回调函数,也可以通过对callbacks.Callback子类化编写更加复杂的回调函数逻辑。

如果需要深入学习tf.Keras中的回调函数,不要犹豫阅读内置回调函数的源代码。

import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers,models,losses,metrics,callbacks
import tensorflow.keras.backend as K 
# 示范使用LambdaCallback编写较为简单的回调函数

import json
json_log = open('../../data/keras_log.json', mode='wt', buffering=1)
json_logging_callback = callbacks.LambdaCallback(
    on_epoch_end=lambda epoch, logs: json_log.write(
        json.dumps(dict(epoch = epoch,**logs)) + '\n'),
    on_train_end=lambda logs: json_log.close()
)
# 示范通过Callback子类化编写回调函数(LearningRateScheduler的源代码)

class LearningRateScheduler(callbacks.Callback):

    def __init__(self, schedule, verbose=0):
        super(LearningRateScheduler, self).__init__()
        self.schedule = schedule
        self.verbose = verbose

    def on_epoch_begin(self, epoch, logs=None):
        if not hasattr(self.model.optimizer, 'lr'):
            raise ValueError('Optimizer must have a "lr" attribute.')
        try:  
            lr = float(K.get_value(self.model.optimizer.lr))
            lr = self.schedule(epoch, lr)
        except TypeError:  # Support for old API for backward compatibility
            lr = self.schedule(epoch)
        if not isinstance(lr, (tf.Tensor, float, np.float32, np.float64)):
            raise ValueError('The output of the "schedule" function '
                             'should be float.')
        if isinstance(lr, ops.Tensor) and not lr.dtype.is_floating:
            raise ValueError('The dtype of Tensor should be float')
        K.set_value(self.model.optimizer.lr, K.get_value(lr))
        if self.verbose > 0:
            print('\nEpoch %05d: LearningRateScheduler reducing learning '
                 'rate to %s.' % (epoch + 1, lr))

    def on_epoch_end(self, epoch, logs=None):
        logs = logs or {}
        logs['lr'] = K.get_value(self.model.optimizer.lr)

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