TensorFlow туториал. Часть 1: тензоры и векторы

Tensorflow tutorial

TensorFlow — это ML-framework от Google, который предназначен для проектирования, создания и изучения моделей глубокого обучения. Глубокое обучение — это область машинного обучения, алгоритмы в которой были вдохновлены структурой и работой мозга. Вы можете использовать TensorFlow, чтобы производить численные вычисления. Само по себе это не кажется специфичным, однако эти вычисления производятся с помощью data-flow графов. В этих графах вершины представляют собой математические операции, в то время как ребра представляют собой данные, которые обычно представляются в виде многомерных массивов или тензоров, которые сообщаются между этими ребрами.

Поняли? Название «Tensor Flow» происходит от вычислений, которые нейросеть производит с многомерными данными и тензорами! Буквально — поток тензоров. На данный момент это все, что нужно знать о тензорах, но мы вернемся к ним чуть позже.

TensorFlow туториал познакомит вас с глубоким обучением в интерактивной форме:

  • Сначала вы узнаете больше о тензорах;
  • Затем, туторил плавно расскажет о там, как установить TensorFlow;
  • Далее вы узнаете об основах Tesorflow: как произвести свои первые простейшие вычисления;
  • Следующий этап — настоящая задача на реальных данных: данные по Бельгийскому дорожным знаком и обработка с помощью статистики;
  • Научитесь размечать данные таким образом, чтобы “скормить” эти данные нейросети;
  • Наконец, разработаете свою модель нейронной сети — слой за слоем;
  • Как только архитектура будет готова, вы сможете тренировать сеть интерактивно, а также производить оценку эффективности, использую тестовую выборку;
  • Последнее — вы получите указания, как можно улучшить свою модель и как можно дальше работать с TensorFlow.

Введение в тензоры

Чтобы хорошо понять тензоры, следует иметь хорошие знания в линейной алгебре и уметь производить вычисления с векторами. Вы уже прочитали, что тензоры реализованы в TensorFlow как многомерные массивы данных, но давайте немного освежим в памяти, что такое тензоры и какова их роль в машинном обучении.

Плоские векторы

Перед тем, как мы перейдем к плоским векторам, неплохо бы вспомнить о том, что такое вектор. Вектор — это особый вид матрицы, прямоугольный массив с числами. Так как векторы — это упорядоченный набор чисел, то они часто представляются в виде столбцов матриц. Другими словами, вектор — скалярная величина, которой дали направление.

Пример скаляра — “5 метров” или “60 м/с”, тогда как вектор — “5 метров на север” или “60 м/с на восток”.

Разница между ними очевидна: вектор имеет направление. Тем не менее, примеры могут быть очень далеки от тех векторов, с которыми вы столкнетесь, занимаясь машинными обучением.

Длина математического вектора — величина абсолютная, в то время как направление — относительная. Длина измеряется относительно направления, а в качестве единиц выступают градусы или радианы. Обычно считается, что направление положительно и отсчитывается против часовой стрелки относительно начальной точки отсчета.

tensorflow туториал - тензоры и векторы

Визуально, конечно, векторы представляют собой стрелки, как на картинке выше. Это означает, что вы можете рассматривать векторы, как стрелки определенной длины и направления.

Так что же с плоскими векторами?

Плоский вектор — это простейший тензор. Они очень похожи на обычные векторы, такие как вы видели выше, с тем небольшим отличием, что они могут сами определять себя в векторном пространстве.

Чтобы понять, что это значит, рассмотрим пример: пусть есть вектор 2 X 1. Это означает, что вектор принадлежит множеству действительных чисел, которые объединены в пары. Или, иначе говоря, элемент двумерного пространства. В таких случаях вы можете задавать вектор на координатной плоскости, как стрелки или лучи.

Работая на координатной плоскости, вы можете узнать х координату конца луча с началом в (0, 0), посмотрев на первую строчку вектора, а у координату — на вторую.

Замечание: если вы рассматриваете вектор размера 3 X 1, то вы работаете трехмерном пространстве. Здесь вы можете представить вектор как стрелку в трехмерном пространстве, которая обычно задается тремя осями х, у и z.

Замечательно иметь данные вектора и их представление на координатной плоскости, но в сущности важно лишь то, какие вы можете производить над ними операции. В этом вам поможет выражение данных векторов через базисные или единичные вектора.

Единичные векторы — векторы длины 1. Двумерные или трехмерные вектора хорошо раскладываются в сумму ортогональных единичных векторов, таких как оси координат.

Тензоры

Плоский вектор — это частный случай тензора. Помните, вектор определялся в прошлом разделе как скаляр, которому задали направление. Тензор же — это математическое представление физической сущности, которая может быть задана величиной и несколькими направлениями.

И так же как вы представляли скаляр одним числом, а трехмерный вектор как тройку чисел, тензор представляется в виде массива 3R чисел в трехмерном пространстве.

R в этой записи отвечает за ранг тензора: в трехмерном пространстве тензор ранга 2 может быть представлен девятью числами. В N-мерном скаляр требует только одного числа, векторы требуют N чисел, а тензоры требуют N^R чисел. Этим объясняется, почему скаляры часто называют тензорами размера 0: у них нет направления, и они могут быть представлены только одним числом.

Видео про тензоры на примере обычных объектов (на английском языке, можно включить перевод на русский в субтитрах):

Можно достаточно легко различать векторы, скаляры и тензоры: скаляры представляются одним числом, векторы — последовательностью чисел, тензоры — массивом чисел.

Что делает тензоры такими особенными, так это комбинация компонентов и базисных векторов: все операция производится над тензорами сохраняют отношения между базисными векторами и компонентами такими же.

В следующей частиустановка TensorFlow и первые шаги.


Интересные статьи:

Подписаться
Уведомить о
guest

1 Comment
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
deekshitha

Many necessary processes are included in data science. The programming languages are one of the key components around which data science is built.<a href=»https://360digitmg.com/malaysia/data-engineering-course-in-malaysia»>data engineer course</a>


gogpt