flowchart LR
apple_num((사과 갯수)) -- 2 --> apple_x
apple_price((사과 가격)) -- 100 --> apple_x
orange_num((귤 갯수)) -- 3 --> orange_x
orange_price((귤 가격)) -- 150 --> orange_x
tax((소비세)) -- 1.1 --> total_x
apple_x[x] -- 200 --> fruit_plus
orange_x[x] -- 450 --> fruit_plus
fruit_plus(+) -- 650 --> total_x
total_x[x] -- 715 --> output((지불 금액))
오차역전법
deep learning
![]()
계산 그래프
특징
- 국소적 계산: 자신과 관계된 정보만 결과로 출력
- 중간 결과를 모두 저장할 수 있다.
- 역전파를 통해 특정 단계에서의 최정 결과에 대한 미분을 효율적으로 계산할 수 있다.
예시 - 순전파
- 철수는 슈퍼에서 사과를 2개 귤을 3개 샀다. 사과는 1개 100원, 귤은 1개 150원이다. 소비세가 10%일 때 지불 금액은?
오차역전법
- 연쇄법칙을 생각하면 됨.
덧셈 노드 역전파
- 덧셈 노드의 역전파는 입력값을 그대로 전달한다.
곱셈 노드 역전파
- 곱셈 노드의 역전파는 입력값을 그대로 전달하되, 다른 입력값을 곱해준다.
예시 - 역전파
- 철수는 슈퍼에서 사과를 2개 귤을 3개 샀다. 사과는 1개 100원, 귤은 1개 150원이다. 소비세가 10%일 때 지불 금액은?
flowchart LR
apple_num((사과 갯수)) -- 2 --> apple_x
apple_price((사과 가격)) -- 100 --> apple_x
tax((소비세)) -- 1.1 --> total_x
apple_x[x] -- 200 --> total_x
total_x[x] -- 220 --> output((지불 금액))
apple_x -. 110 .-> apple_num
apple_x -. 2.2 .-> apple_price
total_x -. 200 .-> tax
total_x -. 1.1 .-> apple_x
output -. 1 .-> total_x
python 구현
class MulLayer:
def __init__(self):
self.x = None
self.y = None
def forward(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
out = x * y
return out
def backward(self, dout):
dx = dout * self.y
dy = dout * self.x
return dx, dyclass AddLayer:
def __init__(self):
pass
def forward(self, x, y):
out = x + y
return out
def backward(self, dout):
dx = dout * 1
dy = dout * 1
return dx, dy활성화 함수 계층
ReLU
- 입력이 0보다 크면 그대로, 작으면 0
class Relu:
def __init__(self):
self.mask = None
def forward(self, x):
self.mask = (x <= 0)
out = x.copy()
out[self.mask] = 0
return out
def backward(self, dout):
dx = dout.copy()
dx[self.mask] = 0
return dxSigmoid
- \(\frac{hL}{hy}y^2exp(-x) = \frac{hL}{hy}y(1-y)\) (계산 생략)
import numpy as np
class Sigmoid:
def __init__(self):
self.out = None
def forward(self, x):
out = 1 / (1 + np.exp(-x))
self.out = out
return out
def backward(self, dout):
dx = dout * (1 - self.out) * self.out
return dxAffine
- WX + B 계산 node
- \(\frac{dL}{dX} = \frac{dL}{dY} ⋅ W^T\)
- \(\frac{dL}{dW} = X^T ⋅ \frac{dL}{dY}\)
- \(\frac{dL}{dB} = \sum \frac{dL}{dY}\)
class Affine:
def __init__(self, W, b):
self.W = W
self.b = b
self.x = None
self.dW = None
self.db = None
def forward(self, x):
self.x = x
out = np.dot(x, self.W) + self.b
return out
def backward(self, dout):
dx = np.dot(dout, self.W.T)
self.dW = np.dot(self.x.T, dout)
self.db = np.sum(dout, axis=0)
return dxSoftmax
class SoftmaxWithLoss:
def __init__(self):
self.loss = None
self.y = None
self.t = None
def forward(self, x, t):
self.t = t
self.y = softmax(x)
self.loss = cross_entropy_error(self.y, self.t)
return self.loss
def backward(self, dout=1):
batch_size = self.t.shape[0]
dx = (self.y - self.t) / batch_size
return dx오차역전법 신경망
from dl_common.layers import *
from dl_common.gradient import numerical_gradient
from collections import OrderedDict
class TwoLayerNet:
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size, weight_init_std=0.01):
self.params = {}
self.params['W1'] = weight_init_std * np.random.randn(input_size, hidden_size)
self.params['b1'] = np.zeros(hidden_size)
self.params['W2'] = weight_init_std * np.random.randn(hidden_size, output_size)
self.params['b1'] = np.zeros(output_size)
self.layers = OrderedDict()
self.layers['Affine1'] = Affine(self.params['W1'], self.params['b1'])
self.layers['Relu1'] = Relu()
self.layers['Affine2'] = Affine(self.params['W2'], self.params['b2'])
self.last_layer = SoftmaxWithLoss()
def predict(self, x):
for layer in self.layers.values():
x = layer.forward(x)
return x
def loss(self, x , t):
y = self.predict(x)
return self.last_layer.forward(y, t)
def auuracy(self, x, t):
y = self.predict(x)
y = np.argmax(y, axis=1)
if t.ndim != 1:
t = np.argmax(t, axis=1)
acc = np.mean(y == t)
return acc
def gradient(self, x, t):
self.loss(x, t)
dout = 1
dout = self.last_layer.backward(dout)
layers = list(self.layers.values())
layers.reverse()
for layer in layers:
dout = layer.backward(dout)
grads = {}
grads['W1'] = numerical_gradient(loss_W, self.params['W1'])
grads['b1'] = numerical_gradient(loss_W, self.params['b1'])
grads['W2'] = numerical_gradient(loss_W, self.params['W2'])
grads['b2'] = numerical_gradient(loss_W, self.params['b2'])
return gradsfrom dl_dataset.mnist import load_mnist
(x_train, t_train), (x_test, t_test) = load_mnist(normalize=True, one_hot_label=True)
train_loss_list = []
train_acc_list = []
test_acc_list = []
iters_num = 10000
train_size = x_train.shape[0]
batch_size = 100
learning_rate = 0.1
network = TwoLayerNet(input_size=784, hidden_size=50, output_size=10)
iter_per_epoch = max(train_size / batch_size, 1)
for i in range(iters_num):
batch_mask = np.random.choice(train_size, batch_size)
x_batch = x_train[batch_mask]
t_batch = t_train[batch_mask]
grads = network.gradient(x_batch, t_batch)
for key in ('W1', 'b1', 'W2', 'b2'):
network.params[key] -= learning_rate * grads[key]
loss = network.loss(x_batch, t_batch)
train_loss_list.append(loss)
if i % iter_per_epoch == 0:
train_acc = network.accuracy(x_train, t_train)
test_acc = network.accuracy(x_test, t_test)
train_acc_list.append(train_acc)
test_acc_list.append(test_acc)