Keras: 基于 Python 的深度学习库

Keras: 基于 Python 的深度学习库

你恰好发现了 Keras。

Keras 是一个用 Python 编写的高级神经网络 API，它能够以 TensorFlow, CNTK, 或者 Theano 作为后端运行。Keras 的开发重点是支持快速的实验。能够以最小的时延把你的想法转换为实验结果，是做好研究的关键。

如果你在以下情况下需要深度学习库，请使用 Keras：

允许简单而快速的原型设计（由于用户友好，高度模块化，可扩展性）。
同时支持卷积神经网络和循环神经网络，以及两者的组合。
在 CPU 和 GPU 上无缝运行。

查看文档，请访问 Keras.io。

Keras 兼容的 Python 版本: Python 2.7-3.6。

指导原则

用户友好。 Keras 是为人类而不是为机器设计的 API。它把用户体验放在首要和中心位置。Keras 遵循减少认知困难的最佳实践：它提供一致且简单的 API，将常见用例所需的用户操作数量降至最低，并且在用户错误时提供清晰和可操作的反馈。
模块化。 模型被理解为由独立的、完全可配置的模块构成的序列或图。这些模块可以以尽可能少的限制组装在一起。特别是神经网络层、损失函数、优化器、初始化方法、激活函数、正则化方法，它们都是可以结合起来构建新模型的模块。
易扩展性。 新的模块是很容易添加的（作为新的类和函数），现有的模块已经提供了充足的示例。由于能够轻松地创建可以提高表现力的新模块，Keras 更加适合高级研究。
基于 Python 实现。 Keras 没有特定格式的单独配置文件。模型定义在 Python 代码中，这些代码紧凑，易于调试，并且易于扩展。

快速开始：30 秒上手 Keras

Keras 的核心数据结构是 model，一种组织网络层的方式。最简单的模型是 Sequential 顺序模型，它是由多个网络层线性堆叠的栈。对于更复杂的结构，你应该使用 Keras 函数式 API，它允许构建任意的神经网络图。

Sequential 顺序模型如下所示：

from keras.models import Sequential
model = Sequential()

可以简单地使用 .add() 来堆叠模型：

from keras.layers import Dense
model.add(Dense(units=64, activation='relu', input_dim=100))
model.add(Dense(units=10, activation='softmax'))

在完成了模型的构建后, 可以使用 .compile() 来配置学习过程：

model.compile(loss='categorical_crossentropy',
              optimizer='sgd',
              metrics=['accuracy'])

如果需要，你还可以进一步地配置你的优化器。Keras 的核心原则是使事情变得相当简单，同时又允许用户在需要的时候能够进行完全的控制（终极的控制是源代码的易扩展性）。

model.compile(loss=keras.losses.categorical_crossentropy,
              optimizer=keras.optimizers.SGD(lr=0.01, momentum=0.9, nesterov=True))

现在，你可以批量地在训练数据上进行迭代了：

# x_train 和 y_train 是 Numpy 数组 -- 就像在 Scikit-Learn API 中一样。
model.fit(x_train, y_train, epochs=5, batch_size=32)

或者，你可以手动地将批次的数据提供给模型：

model.train_on_batch(x_batch, y_batch)

只需一行代码就能评估模型性能：

loss_and_metrics = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=128)

或者对新的数据生成预测：

classes = model.predict(x_test, batch_size=128)

构建一个问答系统，一个图像分类模型，一个神经图灵机，或者其他的任何模型，就是这么的快。深度学习背后的思想很简单，那么它们的实现又何必要那么痛苦呢？

有关 Keras 更深入的教程，请查看：

在代码仓库的 examples 目录中，你会找到更多高级模型：基于记忆网络的问答系统、基于栈式 LSTM 的文本生成等等。

安装指引

在安装 Keras 之前，请安装以下后端引擎之一：TensorFlow，Theano，或者 CNTK。我们推荐 TensorFlow 后端。

你也可以考虑安装以下可选依赖：

cuDNN (如果你计划在 GPU 上运行 Keras，建议安装)。
HDF5 和 h5py (如果你需要将 Keras 模型保存到磁盘，则需要这些)。
graphviz 和 pydot (用于可视化工具绘制模型图)。

然后你就可以安装 Keras 本身了。有两种方法安装 Keras：

使用 PyPI 安装 Keras (推荐)：

sudo pip install keras

如果你使用 virtualenv 虚拟环境, 你可以避免使用 sudo：

pip install keras

或者：使用 Github 源码安装 Keras：

首先，使用 git 来克隆 Keras：

git clone https://github.com/keras-team/keras.git

然后，cd 到 Keras 目录并且运行安装命令：

cd keras
sudo python setup.py install

使用 TensorFlow 以外的后端

默认情况下，Keras 将使用 TensorFlow 作为其张量操作库。请跟随这些指引来配置其他 Keras 后端。

技术支持

你可以提出问题并参与开发讨论：

Keras Google group。
Keras Slack channel。使用这个链接向该频道请求邀请函。

你也可以在 Github issues 中张贴漏洞报告和新功能请求（仅限于此）。注意请先阅读规范文档。

为什么取名为 Keras?

Keras (κέρας) 在希腊语中意为号角。它来自古希腊和拉丁文学中的一个文学形象，首先出现于 《奥德赛》 中，梦神 (Oneiroi, singular Oneiros) 从这两类人中分离出来：那些用虚幻的景象欺骗人类，通过象牙之门抵达地球之人，以及那些宣告未来即将到来，通过号角之门抵达之人。它类似于文字寓意，κέρας (号角) / κραίνω (履行)，以及 ἐλέφας (象牙) / ἐλεφαίρομαι (欺骗)。

Keras 最初是作为 ONEIROS 项目（开放式神经电子智能机器人操作系统）研究工作的一部分而开发的。

“Oneiroi 超出了我们的理解 - 谁能确定它们讲述了什么故事？并不是所有人都能找到。那里有两扇门，就是通往短暂的 Oneiroi 的通道；一个是用号角制造的，一个是用象牙制造的。穿过尖锐的象牙的 Oneiroi 是诡计多端的，他们带有一些不会实现的信息；那些穿过抛光的喇叭出来的人背后具有真理，对于看到他们的人来说是完成的。” Homer, Odyssey 19. 562 ff (Shewring translation).

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