Искусственный интеллект на Python и Tensorflow

Что будет в нашей программе?

Наш искусственный интеллект не будет распознавать все объекты, по типу: машин, других животных, людей и тому прочее. Не будет он это делать по одной причине. Мы в качестве датасета или же, другими словами, набора данных для тренировки – будем использовать датасет от компании Microsoft. В датасете у них собрано более 25 000 фотографий котов и собачек, что даст нам возможность натренировать правильные весы для распознавания наших собственных фото.

Мы не будем сами искать варианты для обучения нейронной сети и на это есть два фактора:

1. В этом нет смысла, так как для подобных задач, зачастую, уже есть различные датасеты с подготовленными данными, которые можно использовать. 
2. У нас уйдет слишком много времени и сил на тренировку своей нейронной сети. Только представьте, нам потребуется найти и произвести обучение на тысячах фотографиях. Это не только очень сложно, но и дорого.
3. 
   

По этой причине для нашей программы мы воспользуемся готовым набором данных.

Какие библиотеки нам потребуются?

В прошлой статье мы использовали лишь одну библиотеку – numpy. Без этой библиотеки нам не обойтись и в этот раз. 

Numpy – библиотека, что позволяет поддерживать множество функций для работы с массивами, а также содержит поддержку высокоуровневых математических функций, предназначенных для работы с многомерными массивами.

По причине того, что нейронные сети – это математика, массивы и наборы данных, то без numpy – не обойтись.

Также мы будем использовать библиотеку Tensorflow. Она создана компанией Google и служит для решения задач построения и тренировки нейронной сети. За счет неё процесс обучение нейронки немного проще, нежели при написании с использованием только numpy.

Ну и последняя, но не менее важная – библиотека Matplotlib. Она служит для визуализации данных двумерной графикой. На её основе можно построить графики, изображения и прочие визуальные данные, которые человеком воспринимаются гораздо проще и лучше, нежели нули и единицы.

Среда разработки

В качестве среды разработки мы будем использовать специальный сервис от Google - Colab. Colab позволяет любому писать и выполнять произвольный код Python через браузер и особенно хорошо подходит для машинного обучения, анализа данных и обучения.

Colab полностью бесплатен и позволяет выполнять код блоками. К примеру, мы можем выполнить блок кода, где у нас идет обучение нейронки, а далее мы можем всегда выполнять не всю программу с начала и до конца, а лишь тот участок кода, где мы указываем новые данные для тестирования уже обученной нейронки.

Такой принцип существенно экономит время и по этой причине мы и будем использовать сервис Google Colab.

Создание проекта

Полная разработка проекта показывается в видео. Вы можете просмотреть его ниже:

https://www.youtube.com/watch?v=m02ewTyjUSM&t=2s

Код для реализации проекта из видео:

# Импорт библиотек и классов
import numpy as np
import tensorflow as tf
import tensorflow_datasets as tfds
from tensorflow.keras.preprocessing.image import load_img, img_to_array
from tensorflow.keras.layers import Dense, GlobalAveragePooling2D, Dropout
import matplotlib.pyplot as plt
from google.colab import files

# Подгрузка датасета от Microsoft
train, _ = tfds.load('cats_vs_dogs', split=['train[:100%]'], with_info=True, as_supervised=True)

# Функция для изменения размеров изображений
SIZE = (224, 224)

def resize_image(img, label):
 img = tf.cast(img, tf.float32)
 img = tf.image.resize(img, SIZE)
 img /= 255.0
 return img, label
 

# Уменьшаем размеры всех изображений, полученных из датасета
train_resized = train[0].map(resize_image)
train_batches = train_resized.shuffle(1000).batch(16)

# Создание основного слоя для создания модели
base_layers = tf.keras.applications.MobileNetV2(input_shape=(SIZE[0], SIZE[1], 3), include_top=False)

# Создание модели нейронной сети
model = tf.keras.Sequential([
 base_layers,
 GlobalAveragePooling2D(),
 Dropout(0.2),
 Dense(1)
])
model.compile(optimizer='adam', loss=tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])

# Обучение нейронной сети (наши картинки, одна итерация обучения)
model.fit(train_batches, epochs=1)

# Функция для подгрузки изображений
files.upload()


# Сюда укажите названия подгруженных изображений
images = []

# Перебираем все изображения и даем нейронке шанс определить что находиться на фото
for i in images:
 img = load_img(i)
 img_array = img_to_array(img)
 img_resized, _ = resize_image(img_array, _)
 img_expended = np.expand_dims(img_resized, axis=0)
 prediction = model.predict(img_expended)
 plt.figure()
 plt.imshow(img)
 label = 'Собачка' if prediction > 0 else 'Кошка'
 plt.title('{}'.format(label))