分类目录归档:深度学习

反向传播算法入门资源索引

1、一切从维基百科开始,大致了解一个全貌:
反向传播算法 Backpropagation

2、拿起纸和笔,再加上ipython or 计算器,通过一个例子直观感受反向传播算法:
A Step by Step Backpropagation Example

3、再玩一下上篇例子对应的200多行Python代码: Neural Network with Backpropagation

4、有了上述直观的反向传播算法体验,可以从1986年这篇经典的论文入手了:Learning representations by back-propagating errors

5、如果还是觉得晦涩,推荐读一下"Neural Networks and Deep Learning"这本深度学习在线书籍的第二章:How the backpropagation algorithm works

6、或者可以通过油管看一下这个神经网络教程的前几节关于反向传播算法的视频: Neural Network Tutorial

7、hankcs 同学对于上述视频和相关材料有一个解读: 反向传播神经网络极简入门

8、这里还有一个比较简洁的数学推导:Derivation of Backpropagation

9、神牛gogo 同学对反向传播算法原理及代码解读:神经网络反向传播的数学原理

10、关于反向传播算法,更本质一个解释:自动微分反向模式(Reverse-mode differentiation )Calculus on Computational Graphs: Backpropagation

注:原创文章,转载请注明出处及保留链接“我爱自然语言处理”:http://www.52nlp.cn

本文链接地址:反向传播算法入门资源索引 http://www.52nlp.cn/?p=9350

深度学习主机环境配置: Ubuntu16.04+GeForce GTX 1080+TensorFlow

接上文《深度学习主机环境配置: Ubuntu16.04+Nvidia GTX 1080+CUDA8.0》,我们继续来安装 TensorFlow,使其支持GeForce GTX 1080显卡。

1 下载和安装cuDNN

cuDNN全称 CUDA Deep Neural Network library,是NVIDIA专门针对深度神经网络设计的一套GPU计算加速库,被广泛用于各种深度学习框架,例如Caffe, TensorFlow, Theano, Torch, CNTK等。

The NVIDIA CUDA® Deep Neural Network library (cuDNN) is a GPU-accelerated library of primitives for deep neural networks. cuDNN provides highly tuned implementations for standard routines such as forward and backward convolution, pooling, normalization, and activation layers. cuDNN is part of the NVIDIA Deep Learning SDK.

Deep learning researchers and framework developers worldwide rely on cuDNN for high-performance GPU acceleration. It allows them to focus on training neural networks and developing software applications rather than spending time on low-level GPU performance tuning. cuDNN accelerates widely used deep learning frameworks, including Caffe, TensorFlow, Theano, Torch, and CNTK. See supported frameworks for more details.

首先需要下载cuDNN,直接从Nvidia官方下载链接选择一个版本,不过下载cuDNN前同样需要登录甚至填写一个简单的调查问卷: https://developer.nvidia.com/rdp/cudnn-download,这里选择的是支持CUDA8.0的cuDNN v5版本,而支持CUDA8的5.1版本虽然显示在下载选择项里,但是提示:cuDNN 5.1 RC for CUDA 8RC will be available soon - please check back again.

屏幕快照 2016-07-17 上午11.17.39

安装cuDNN比较简单,解压后把相应的文件拷贝到对应的CUDA目录下即可:

tar -zxvf cudnn-8.0-linux-x64-v5.0-ga.tgz

cuda/include/cudnn.h
cuda/lib64/libcudnn.so
cuda/lib64/libcudnn.so.5
cuda/lib64/libcudnn.so.5.0.5
cuda/lib64/libcudnn_static.a

sudo cp cuda/include/cudnn.h /usr/local/cuda/include/
sudo cp cuda/lib64/libcudnn* /usr/local/cuda/lib64/
sudo chmod a+r /usr/local/cuda/include/cudnn.h
sudo chmod a+r /usr/local/cuda/lib64/libcudnn*

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深度学习主机环境配置: Ubuntu16.04+Nvidia GTX 1080+CUDA8.0

接上文《深度学习主机攒机小记》,这台GTX1080主机准备好之后,就是配置深度学习环境了,这里选择了比较熟悉Ubuntu系统,不过是最新的16.04版本,另外在Nvidia GTX1080的基础上安装相关GPU驱动,外加CUDA8.0,因为都比较新,所以踩了很多坑。

1. 安装Ubuntu16.04

不考虑双系统,直接安装 Ubuntu16.04,从ubuntu官方下载64位版本: ubuntu-16.04-desktop-amd64.iso 。

在MAC下制作了 Ubuntu USB 安装盘,具体方法可参考: 在MAC下使用ISO制作Linux的安装USB盘,之后通过Bios引导U盘启动安装Ubuntu系统:

1)一开始安装就踩了一个坑,选择"Install Ubuntu"回车后过一会儿屏幕显示“输入不支持”,google了好多方案,最终和ubuntu对显卡的支持有关,需要手动添加显卡选项: nomodeset,使其支持Nvidia系列显卡,参考:安装ubuntu黑屏问题的解决 or How do I set 'nomodeset' after I've already installed Ubuntu?

2) 磁盘分区,全部干掉之前主机自带的Window 10系统,分区为 /boot, /, /home 等几个目录,同时把第二块4T硬盘也挂载了上去,作为数据盘。

3)安装完毕后Ubuntu 16.04的分辨率很低,在显卡驱动未安装之前,可以手动修改一下grub文件:

sudo vim /etc/default/grub

# The resolution used on graphical terminal
# note that you can use only modes which your graphic card supports via VBE
# you can see them in real GRUB with the command `vbeinfo'
#GRUB_GFXMODE=640x480
# 这里分辨率自行设置
GRUB_GFXMODE=1024x768

sudo update-grub

4)安装SSH Server,这样可以远程ssh访问这台GTX1080主机:

sudo apt-get install openssh-server

5)更新Ubuntu16.04源,用的是中科大的源

cd /etc/apt/
sudo cp sources.list sources.list.bak
sudo vi sources.list

把下面的这些源添加到source.list文件头部:

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse

最后更新源和更新已安装的包:

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
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深度学习主机攒机小记

五月中下旬的时候,GTX1080的公布和发售直接刺激了我攒一台深度学习主机的欲望,攒机对于我来说已经相隔十多年,大学时候的第一台PC就是攒出来的,其实也就是在5000元的预算内,去电脑城里找商家组装了一台台式机,美其名曰DIY。

虽然已经锁定显卡,但是对于其他的搭配还是很模糊,只是需要“好CPU”,“大内存", “大硬盘", 于是开始google “深度学习电脑”,“深度学习服务器”,“深度学习PC”, “深度学习主机”,“深度学习机器”,“深度学习工作站”这些关键词,并很快锁定了这篇文章《如何搭建一台深度学习服务器》作为主要参考:

硬件选择:基本思路是单显卡机器,保留升级空间

......

CPU选择:
在深度学习任务中,CPU并不负责主要任务,单显卡计算时只有一个核心达到100%负荷,所以CPU的核心数量和显卡数量一致即可,太多没有必要,但是处理PCIE的带宽要到40。

主板选择:
需要支持X99架构,支持PCIe3.0,还要支持4通道DDR4内存架构。如果要搞四显卡并行,PCIE带宽支持要达到40,并且支持4-Way NVIDA SLI技术。

内存:
达到显存的二倍即可,当然有钱的话越大越好。

电源问题:一个显卡的功率接近300W,四显卡建议电源在1500W以上,为了以后扩展,选择了1600W的电源。

机箱散热:
因为各种部件相当庞大,需要有良好散热功能的大机箱,选择了Tt Thermaltake Core V51机箱,标配3个12cm风扇。未来如果需要还可以加装水冷设备。

......

最后的硬件配置:
CPU: Intel X99平台 i7 5960K
内存: DDR4 2800 32G(8G*4)
主板: GIGABYTE X99-UD4
显卡: GTX Titan X
硬盘: SSD+普通硬盘

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QA问答系统中的深度学习技术实现

应用场景

智能问答机器人火得不行,开始研究深度学习在NLP领域的应用已经有一段时间,最近在用深度学习模型直接进行QA系统的问答匹配。主流的还是CNN和LSTM,在网上没有找到特别合适的可用的代码,自己先写了一个CNN的(theano),效果还行,跟论文中的结论是吻合的。目前已经应用到了我们的产品上。

原理

参看《Applying Deep Learning To Answer Selection: A Study And An Open Task》,文中比较了好几种网络结构,选择了效果相对较好的其中一个来实现,网络描述如下:

qacnn_v2

Q&A共用一个网络,网络中包括HL,CNN,P+T和Cosine_Similarity,HL是一个g(W*X+b)的非线性变换,CNN就不说了,P是max_pooling,T是激活函数Tanh,最后的Cosine_Similarity表示将Q&A输出的语义表示向量进行相似度计算。

详细描述下从输入到输出的矩阵变换过程:

  1. Qp:[batch_size, sequence_len],Qp是Q之前的一个表示(在上图中没有画出)。所有句子需要截断或padding到一个固定长度(因为后面的CNN一般是处理固定长度的矩阵),例如句子包含3个字ABC,我们选择固定长度sequence_len为100,则需要将这个句子padding成ABC<a><a>...<a>(100个字),其中的<a>就是添加的专门用于padding的无意义的符号。训练时都是做mini-batch的,所以这里是一个batch_size行的矩阵,每行是一个句子。
  2. Q:[batch_size, sequence_len, embedding_size]。句子中的每个字都需要转换成对应的字向量,字向量的维度大小是embedding_size,这样Qp就从一个2维的矩阵变成了3维的Q
  3. HL层输出:[batch_size, embedding_size, hl_size]。HL层:[embedding_size, hl_size],Q中的每个句子会通过和HL层的点积进行变换,相当于将每个字的字向量从embedding_size大小变换到hl_size大小。
  4. CNN+P+T输出:[batch_size, num_filters_total]。CNN的filter大小是[filter_size, hl_size],列大小是hl_size,这个和字向量的大小是一样的,所以对每个句子而言,每个filter出来的结果是一个列向量(而不是矩阵),列向量再取max-pooling就变成了一个数字,每个filter输出一个数字,num_filters_total个filter出来的结果当然就是[num_filters_total]大小的向量,这样就得到了一个句子的语义表示向量。T就是在输出结果上加上Tanh激活函数。
  5. Cosine_Similarity:[batch_size]。最后的一层并不是通常的分类或者回归的方法,而是采用了计算两个向量(Q&A)夹角的方法,下面是网络损失函数。t2,m是需要设定的参数margin,VQ、VA+、VA-分别是问题、正向答案、负向答案对应的语义表示向量。损失函数的意义就是:让正向答案和问题之间的向量cosine值要大于负向答案和问题的向量cosine值,大多少,就是margin这个参数来定义的。cosine值越大,两个向量越相近,所以通俗的说这个Loss就是要让正向的答案和问题愈来愈相似,让负向的答案和问题越来越不相似。

实现

代码点击这里,使用的数据是一份英文的insuranceQA,下面介绍代码重点部分:

字向量。本文采用字向量的方法,没有使用词向量。使用字向量的目的主要是为了解决未登录词的问题,这样在测试的时候就很少会遇到Unknown的字向量的问题了。而且字向量的效果也不一定比词向量的效果差,还省去了分词的各种麻烦。先用word2vec生成一份字向量,相当于我们在做pre-training了(之后测试了随机初始化字向量的方法,效果差不多)

原理中的步骤2。这里没有做HL层的变换,实际测试中,增加HL层有非常非常小的提升,所以在这里就省去了改步骤。

t4

CNN可以设置多种大小的filter,最后各种filter的结果会拼接起来。

t5

原理中的步骤4。这里执行卷积,max-pooling和Tanh激活。

t6

生成的ouputs_1是一个python的list,使用concatenate将list的多个tensor拼接起来(list中的每个tensor表示一种大小的filter卷积的结果)t7

原理中的步骤5。计算问题、正向答案、负向答案的向量夹角

t8

生成Loss损失函数和Accuracy。t9

核心的网络构建代码就是这些,其他的代码都是训练数据、验证数据的读入,以及theano构建训练时的一些常规代码。

如果需要增加HL层,可参照如下的代码。Whl即是HL层的网络,将input和Whl点积即可。t10

dropout的实现。

t11

结果

使用上面的代码,Test 1的Top-1 Accuracy可以达到61%-62%,和论文中的结论基本一致了,至于论文中提到的GESD、AESD等方法没有再测试了,运行较慢,其他数据集也没有再测试了。

下面是国外友人用一个叫keras的工具(封装的theano和tensorflow)弄的类似代码,Test 1的Top-1准确率在50%左右,比他这个要高:)

http://benjaminbolte.com/blog/2016/keras-language-modeling.html

Test set Top-1 Accuracy Mean Reciprocal Rank
Test 1 0.4933 0.6189
Test 2 0.4606 0.5968
Dev 0.4700 0.6088

另外,原始的insuranceQA需要进行一些处理才能在这个代码上使用,具体参看github上的说明吧。

一些技巧

  1. 字向量和词向量的效果相当。所以优先使用字向量,省去了分词的麻烦,还能更好的避免未登录词的问题,何乐而不为。
  2. 字向量不是固定的,在训练中会更新
  3. Dropout的使用对最高的准确率没有很大的影响,但是使用了Dropout的结果更稳定,准确率的波动会更小,所以建议还是要使用Dropout的。不过Dropout也不易过度使用,比如Dropout的keep_prob概率如果设置到0.25,则模型收敛得更慢,训练时间长很多,效果也有可能会更差,设置会差很多。我这版代码使用的keep_prob为0.5,同时保证准确率和训练时间。另外,Dropout只应用到了max-pooling的结果上,其他地方没有再使用了,过多的使用反而不好。
  4. 如何生成训练集。每个训练case需要一个问题+一个正向答案+一个负向答案,很明显问题和正向答案都是有的,负向答案的生成方法就是随机采样,这样就不需要涉及任何人工标注工作了,可以很方便的应用到大数据集上。
  5. HL层的效果不明显,有很微量的提升。如果HL层的大小是200,字向量是100,则HL层相当于将字向量再放大一倍,这个感觉没有多少信息可利用的,还不如直接将字向量设置成200,还省去了HL这一层的变换。
  6. margin的值一般都设置得比较小。这里用的是0.05
  7. 如果将Cosine_similarity这一层换成分类或者回归,印象中效果是不如Cosine_similarity的(具体数据忘了)
  8. num_filters越大并不是效果越好,基本到了一定程度就很难提升了,反而会降低训练速度。
  9. 同时也写了tensorflow版本代码,对比theano的,效果差不多
  10. Adam和SGD两种训练方法比较,Adam训练速度貌似会更快一些,效果基本也持平吧,没有太细节的对比。不过同样的网络+SGD,theano好像训练要更快一些。
  11. Loss和Accuracy是比较重要的监控参数。如果写一个新的网络的话,类似的指标是很有必要的,可以在每个迭代中评估网络是否正在收敛。因为调试比较麻烦,所以通过这些参数能评估你的网络写对没,参数设置是否正确。
  12. 网络的参数还是比较重要的,如果一些参数设置不合理,很有可能结果千差万别,记得最初用tensorflow实现的时候,应该是dropout设置得太小,导致效果很差,很久才找到原因。所以调参和微调网络还是需要一定的技巧和经验的,做这版代码的时候就经历了一段比较痛苦的调参过程,最开始还怀疑是网络设计或是代码有问题,最后总结应该就是参数没设置好。

结语

如果关注这个东西的人多的话,后面还可以有tensorflow版本的QA CNN,以及LSTM的代码奉上:)

补充

tensorflow的CNN代码已添加到github上,点击这里

Contact: jiangwen127@gmail.com weibo:码坛奥沙利文

斯坦福大学深度学习与自然语言处理第四讲:词窗口分类和神经网络

斯坦福大学在三月份开设了一门“深度学习与自然语言处理”的课程:CS224d: Deep Learning for Natural Language Processing,授课老师是青年才俊 Richard Socher,以下为相关的课程笔记。

第四讲:词窗口分类和神经网络(Word Window Classification and Neural Networks)

推荐阅读材料:

  1. [UFLDL tutorial]
  2. [Learning Representations by Backpropogating Errors]
  3. 第四讲Slides [slides]
  4. 第四讲视频 [video]

以下是第四讲的相关笔记,主要参考自课程的slides,视频和其他相关资料。
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斯坦福大学深度学习与自然语言处理第三讲:高级的词向量表示

斯坦福大学在三月份开设了一门“深度学习与自然语言处理”的课程:CS224d: Deep Learning for Natural Language Processing,授课老师是青年才俊 Richard Socher,以下为相关的课程笔记。

第三讲:高级的词向量表示(Advanced word vector representations: language models, softmax, single layer networks)

推荐阅读材料:

  1. Paper1:[GloVe: Global Vectors for Word Representation]
  2. Paper2:[Improving Word Representations via Global Context and Multiple Word Prototypes]
  3. Notes:[Lecture Notes 2]
  4. 第三讲Slides [slides]
  5. 第三讲视频 [video]

以下是第三讲的相关笔记,主要参考自课程的slides,视频和其他相关资料。
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斯坦福大学深度学习与自然语言处理第二讲:词向量

斯坦福大学在三月份开设了一门“深度学习与自然语言处理”的课程:CS224d: Deep Learning for Natural Language Processing,授课老师是青年才俊 Richard Socher,以下为相关的课程笔记。

第二讲:简单的词向量表示:word2vec, Glove(Simple Word Vector representations: word2vec, GloVe)

推荐阅读材料:

  1. Paper1:[Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality]]
  2. Paper2:[Efficient Estimation of Word Representations in Vector Space]
  3. 第二讲Slides [slides]
  4. 第二讲视频 [video]

以下是第二讲的相关笔记,主要参考自课程的slides,视频和其他相关资料。
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斯坦福大学深度学习与自然语言处理第一讲:引言

斯坦福大学在三月份开设了一门“深度学习与自然语言处理”的课程:CS224d: Deep Learning for Natural Language Processing,授课老师是青年才俊 Richard Socher,他本人是德国人,大学期间涉足自然语言处理,在德国读研时又专攻计算机视觉,之后在斯坦福大学攻读博士学位,拜师NLP领域的巨牛 Chris ManningDeep Learning 领域的巨牛 Andrew Ng,其博士论文是《Recursive Deep Learning for Natural Language Processing and Computer Vision》,也算是多年求学生涯的完美一击。毕业后以联合创始人及CTO的身份创办了MetaMind,作为AI领域的新星创业公司,MetaMind创办之初就拿了800万美元的风投,值得关注。

回到这们课程CS224d,其实可以翻译为“面向自然语言处理的深度学习(Deep Learning for Natural Language Processing)”,这门课程是面向斯坦福学生的校内课程,不过课程的相关材料都放到了网上,包括课程视频,课件,相关知识,预备知识,作业等等,相当齐备。课程大纲相当有章法和深度,从基础讲起,再讲到深度学习在NLP领域的具体应用,包括命名实体识别,机器翻译,句法分析器,情感分析等。Richard Socher此前在ACL 2012和NAACL 2013 做过一个Tutorial,Deep Learning for NLP (without Magic),感兴趣的同学可以先参考一下: Deep Learning for NLP (without Magic) - ACL 2012 Tutorial - 相关视频及课件 。另外,由于这门课程的视频放在Youtube上,@爱可可-爱生活 老师维护了一个网盘链接:http://pan.baidu.com/s/1pJyrXaF ,同步更新相关资料,可以关注。
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