Tensorflow新手通過PlayGround可視化初識神經網路

作者：MrLonelyZC88

原文鏈接：https://www.jianshu.com/p/5f83defc7615

查看更多的專業文章，請移步至「人工智慧LeadAI」公眾號，查看更多的課程信息和產品信息，請移步至全新打造的官網：www.leadai.org.

正文共1791個字，12張圖，預計閱讀時間6分鐘。

是不是覺得神經網路不夠形象，概念不夠清晰，如果你是新手，來玩玩PlayGround就知道，大神請繞道。

PlayGround是一個在線演示、實驗的神經網路平台，是一個入門神經網路非常直觀的網站。這個圖形化平台非常強大，將神經網路的訓練過程直接可視化。同時也能讓我們對Tensorflow有一個感性的認識。

PlayGround的網址是：http://playground.tensorflow.org/

PlayGround頁面如圖所示，主要分為DATA（數據），FEATURES（特徵），HIDDEN LAYERS（隱含層），OUTPUT（輸出層）。

DATA一欄里提供了4種不同形態的數據，分別是圓形、異或、高斯和螺旋。平面內的數據分為藍色和黃色兩類。

我們的目標就是通過神經網路將這兩種數據分類，可以看出螺旋形態的數據分類是難度最高的。除此之外，PlayGround還提供了非常靈活的數據配置，可以調節雜訊、訓練數據和測試數據的比例和Batch size的大小。

Batch size就是每批進入神經網路數據點的個數。

FEATURES一欄包含了可供選擇的7種特徵：X1、X2、X1X1、X2X2、X1X2、sin(X1)、sin(X2)。

X1可以看成以橫坐標分布的數據特徵，X2是以縱坐標分布的數據特徵，X1X1和X2X2是非負的拋物線分布，X1X2是雙曲拋物面分布，sin(X1)和sin(X2)正弦分布。我們的目標就是通過這些特徵的分布組合將兩類數據（藍色和黃色）區分開，這就是訓練的目的。

HIDDEN LAYERS一欄可設置多少隱含層。一般來講，隱含層越多，衍生出的特徵類型也就越豐富，對於分類的效果也會越好，但不是越多越好，層數多了訓練的速度會變慢，同時收斂的效果不一定會更好，後面也會提到。

因為在這裡是一個分類的問題，隱含層設置為兩層，剛好對應輸出的類型。層與層之間的連線粗細表示權重的絕對值大小，我們可以把滑鼠放在線上查看權值，也可以點擊修改。

OUTPUT一欄將輸出的訓練過程直接可視化，通過test loss和training loss來評估模型的好壞。

除了主要的四個部分外，在界面上還有一列控制神經網路的參數，從左到右分別是，訓練的開關、迭代次數、學習速率、激活函數、正則化、正則化率和問題的類型。

我們接下來嘗試了幾個例子，考慮到圖片太多，直接講一些結論，讀者可以自行去摸索。

首先考慮的是激活函數的影響，比較了一下Sigmoid函數和ReLU函數：

1、選擇Sigmoid函數作為激活函數，明顯能感覺到訓練的時間很長，ReLU函數能大大加快收斂速度，這也是現在大多數神經網路都採用的激活函數。

2、當把隱含層數加深後，會發現Sigmoid函數作為激活函數，訓練過程loss降不下來，這是因為Sigmoid函數反向傳播時出現梯度消失的問題（在sigmoid接近飽和區時，變換太緩慢，導數趨於0，這種情況會造成信息丟失）。

接著我們選用ReLU函數作為激活函數，比較一下隱含層數量對結果的影響：

1、我們選用了3層隱含層，每層特徵個數為8,8,2的模型和6層隱含層，每層特徵個數為8,8,8,8,8,2的模型。3層隱含層模型大概200步就達到了test loss為0.005，training loss為0.005，而6層隱含層模型跑了700步，test loss為0.015，training loss為0.005，有點過擬合。

隱含層的數量不是越多越好，層數和特徵的個數太多，會造成優化的難度和出現過擬合的現象。

如果你感興趣，很多測試你都可以嘗試一下。通過神經網路，我們的系統自己就能學習到哪些特徵是有效的，哪些特徵是無效的，通過自己學習這些特徵，然後判斷問題。值得一提的是，最近很熱的AlphaGo zero通過自我學習的過程，從無到有，打敗了參照人類知識學習的AlphaGo，可見機器自我學習，自我進化的速度太快了，遠遠超越了人類歷史經驗的總結。人生苦短，快用Tensorflow！