Tensorflow-3.8. 이미지 분류 모델(8)-모델 저장과 불러오기

 지금까지 tensorflow.keras를 사용해서 일어나는 전반적인 과정에 대해 천천히 살펴보았다. 모델 평가는 하이퍼 파라미터 최적화(Hyper Parameter optimization)의 개념으로 들어가게 되면, 그 양이 꽤 길어지므로, 거기까진 나중에 따로 들어가도록 하겠다.

 이번 포스트에서는 지금까지 학습했던 내용들을 정리하고, .evaluate() 함수로 지금까지 만들었던 모델의 성능을 평가한 후, 모델을 저장 및 불러오기를 해보도록 하겠다.

 

 

1. 학습 코드 최종 정리 및 모델 평가

# Import module
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras.layers import (Dense, BatchNormalization, Dropout, Flatten)
from tensorflow.keras.datasets.mnist import load_data

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# Dataset 준비
(train_images, train_labels), (test_images, test_labels)= load_data()

# 무작위로 샘플 추출
np.random.seed(1234)
index_list = np.arange(0, len(train_labels))
valid_index = np.random.choice(index_list, size = 5000, replace = False)

# 검증셋 추출
valid_images = train_images[valid_index]
valid_labels = train_labels[valid_index]

# 학습셋에서 검증셋 제외
train_index = set(index_list) - set(valid_index)
train_images = train_images[list(train_index)]
train_labels = train_labels[list(train_index)]

# min-max scaling
min_key = np.min(train_images)
max_key = np.max(train_images)

train_images = (train_images - min_key)/(max_key - min_key)
valid_images = (valid_images - min_key)/(max_key - min_key)
test_images = (test_images - min_key)/(max_key - min_key)





# 모델 생성
model = keras.models.Sequential()
model.add(keras.layers.Flatten(input_shape=[28, 28], name="Flatten"))
model.add(Dense(300, activation="relu", name="Hidden1"))
model.add(Dense(200, activation="relu", name="Hidden2"))
model.add(Dense(100, activation="relu", name="Hidden3"))
model.add(Dense(10, activation="softmax", name="Output"))





# 모델 컴파일
opt = keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.005)
model.compile(optimizer = opt,
              loss = "sparse_categorical_crossentropy",
              metrics = ["accuracy"])
              
              
              
              
              
early_stop = keras.callbacks.EarlyStopping(monitor="val_loss", min_delta=0, patience=10, restore_best_weights=True)
history = model.fit(train_images, train_labels,
                    epochs=100,
                    batch_size=5000,
                    validation_data=(valid_images, valid_labels),
                    callbacks=[early_stop])

Epoch 1/100
11/11 [==============================] - 2s 162ms/step - loss: 1.4978 - accuracy: 0.4962 - val_loss: 0.4193 - val_accuracy: 0.8836
Epoch 2/100
11/11 [==============================] - 1s 53ms/step - loss: 0.3403 - accuracy: 0.9037 - val_loss: 0.2377 - val_accuracy: 0.9270
Epoch 3/100
11/11 [==============================] - 1s 58ms/step - loss: 0.2092 - accuracy: 0.9373 - val_loss: 0.1695 - val_accuracy: 0.9480
Epoch 4/100
11/11 [==============================] - 1s 51ms/step - loss: 0.1490 - accuracy: 0.9554 - val_loss: 0.1303 - val_accuracy: 0.9590
Epoch 5/100
11/11 [==============================] - 1s 52ms/step - loss: 0.1113 - accuracy: 0.9664 - val_loss: 0.1108 - val_accuracy: 0.9632

...

Epoch 19/100
11/11 [==============================] - 1s 47ms/step - loss: 0.0034 - accuracy: 0.9996 - val_loss: 0.0777 - val_accuracy: 0.9800
Epoch 20/100
11/11 [==============================] - 1s 47ms/step - loss: 0.0024 - accuracy: 0.9998 - val_loss: 0.0782 - val_accuracy: 0.9790
Epoch 21/100
11/11 [==============================] - 1s 52ms/step - loss: 0.0016 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.0784 - val_accuracy: 0.9786
Epoch 22/100
11/11 [==============================] - 1s 52ms/step - loss: 0.0012 - accuracy: 0.9999 - val_loss: 0.0816 - val_accuracy: 0.9794
Epoch 23/100
11/11 [==============================] - 1s 47ms/step - loss: 0.0012 - accuracy: 0.9999 - val_loss: 0.0813 - val_accuracy: 0.9796

# 모델 평가
>>> model.evaluate(test_images, test_labels)
313/313 [==============================] - 1s 2ms/step - loss: 0.0718 - accuracy: 0.9794
[0.07175429910421371, 0.9793999791145325]

• model.evaluate(test_set, test_label): 시험 셋으로 생성된 모델을 최종 평가한다.
• 위 모델은 정확도가 0.979로 굉장히 정확도가 높은 모델이 만들어졌다.
• 이 evaluate의 accuracy를 기준으로 하이퍼 파라미터를 튜닝하는 경우가 꽤 많은데, 그렇게 되면 시험 셋에 최적화가 돼버릴 위험이 있다.
• 이를 방지하기 위해, 시험 셋은 최종 평가의 수단으로만 쓰고, 검증 셋을 대신 사용하여, 최적화를 하여, 특정 데이터 셋에 최적화되는 현상은 피하도록 하자.
• 이 하이퍼 파라미터 튜닝(Hyper Parameter Tuning)은 추후 자세히 다루도록 하겠다.

 

 

 

 

2. 모델 저장하기

• 지금까지 힘들게 만든 모델은 지금 당장 사용할 수도 있지만, 나중에 사용할 수도 있기 때문에, 모델 저장과 불러오기를 할 수 있어야 한다.

model.save("MNIST_210217.h5")

• model.save("저장하고자_하는_모델_이름.h5")
• 위 방법 사용 시, 원하는 이름과 경로에 모델의 아키텍처와 파라미터가 저장되게 된다.

• 저장되는 내용은 다음과 같다.

1. 모델을 재구성하기 위한 모델의 구성 정보(모델 아키텍처)
2. 재학습을 할 수 있도록 마지막 학습 상태
3. 모델을 구성하는 각 뉴런의 파라미터

 

 

 

 

3. 모델 불러오기

MNIST_model = keras.models.load_model("MNIST_210217.h5")

• 모델 불러오기는 keras.models.load_model("불러오고자_하는_파일_이름.h5") 로 쉽게 할 수 있다.
• 모델에 데이터를 넣어 결과를 출력하는 방법은 다음과 같다.

>>> np.argmax(MNIST_model.predict(test_images), axis=-1)
array([7, 2, 1, ..., 4, 5, 6], dtype=int64)

• 단순 예시를 위해 시험 셋을 넣은 것이며, 실제로는 만들어진 모델의 목적에 맞는 새로운 데이터 셋을 넣어야 한다.
• 모델의 아키텍처는 summary를 이용해서 보도록 하자.

>>> MNIST_model.summary()
Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
Flatten (Flatten)            (None, 784)               0         
_________________________________________________________________
Hidden1 (Dense)              (None, 300)               235500    
_________________________________________________________________
Hidden2 (Dense)              (None, 200)               60200     
_________________________________________________________________
Hidden3 (Dense)              (None, 100)               20100     
_________________________________________________________________
Output (Dense)               (None, 10)                1010      
=================================================================
Total params: 316,810
Trainable params: 316,810
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________

 

 

 

 

 지금까지 Tensorflow를 사용해서 모델을 학습하는 과정을 세세히 들여다보았다. 지금까지 했던 부분에서 빼먹은 부분이 없는 것은 아니지만, 이는 앞으로 쭉 학습을 해나가면서 채워가도록 하겠다.