Forward Algorithm

简介: 前向算法(Forward Algorithm)是一种在机器学习中用于训练神经网络的方法。它的主要目的是通过计算梯度来调整网络中的权重和偏置,从而最小化损失函数。前向算法与其他优化算法(如梯度下降法、牛顿法等)结合使用,可以提高神经网络的性能和准确性。

前向算法(Forward Algorithm)是一种在机器学习中用于训练神经网络的方法。它的主要目的是通过计算梯度来调整网络中的权重和偏置,从而最小化损失函数。前向算法与其他优化算法(如梯度下降法、牛顿法等)结合使用,可以提高神经网络的性能和准确性。
前向算法的步骤如下:

  1. 初始化权重和偏置:在开始训练之前,需要为神经网络的每个权重和偏置赋初值。这些初值通常是随机生成的,以便在训练过程中更容易找到一个好的局部最小值。
  2. 前向传播:将训练数据输入到神经网络中,经过各层的计算,得到输出层的预测结果。这一过程称为前向传播。在前向传播过程中,每个神经元将接收到上一层神经元的输出信号,并根据激活函数(如 ReLU、Sigmoid、Softmax 等)计算自己的输出。
  3. 计算损失:根据预测结果和实际标签,计算损失函数(如交叉熵损失、均方误差损失等)。损失函数衡量了模型预测与实际标签之间的差距,用于评估模型性能。
  4. 计算梯度:使用链式法则计算损失函数关于每个权重和偏置的梯度。梯度是损失函数在每个参数上的局部最小值方向,可以利用梯度来更新权重和偏置,从而减小损失函数。
  5. 更新权重和偏置:根据计算出的梯度,使用优化算法(如梯度下降法、牛顿法等)来更新权重和偏置。这一过程会不断迭代,直到损失函数达到预设的阈值或达到最大迭代次数。
  6. 验证和测试:在训练过程中,可以使用验证集来评估模型性能,以便及时停止训练并避免过拟合。训练完成后,使用测试集来评估模型的最终性能。
    总之,前向算法是机器学习中用于训练神经网络的一种方法,通过计算梯度来调整权重和偏置,从而最小化损失函数。它与其他优化算法结合使用,可以提高神经网络的性能和准确性。

Segmentation
Import libraries and define hyper-parameters:

import tensorflow as tf
import numpy as np
from bregman.suite import *

k = 2
segment_size = 50
max_iterations = 100
Define functions to get the chromogram and the dataset:

chromo = tf.placeholder(tf.float32)
max_freqs = tf.argmax(chromo, 0)

def get_chromogram(audio_file):
    F = Chromagram(audio_file, nfft=16384, wfft=8192, nhop=2205)
    return F.X

def get_dataset(sess, audio_file):
    chromo_data = get_chromogram(audio_file)
    print('chromo_data', np.shape(chromo_data))
    chromo_length = np.shape(chromo_data)[1]
    xs = []
    for i in range(chromo_length/segment_size):
        chromo_segment = chromo_data[:, i*segment_size:(i+1)*segment_size]
        x = extract_feature_vector(sess, chromo_segment)
        if len(xs) == 0:
            xs = x
        else:
            xs = np.vstack((xs, x))
    return xs
As required for the k-means algorithm, specify the assignment and re-centering code:

def initial_cluster_centroids(X, k):
    return X[0:k, :]


def assign_cluster(X, centroids):
    expanded_vectors = tf.expand_dims(X, 0)
    expanded_centroids = tf.expand_dims(centroids, 1)
    distances = tf.reduce_sum(tf.square(tf.subtract(expanded_vectors, expanded_centroids)), 2)
    mins = tf.argmin(distances, 0)
    return mins


def recompute_centroids(X, Y):
    sums = tf.unsorted_segment_sum(X, Y, k)
    counts = tf.unsorted_segment_sum(tf.ones_like(X), Y, k)
    return sums / counts
Given a chromogram, extract a histogram of sound frequencies as our feature vector:

def extract_feature_vector(sess, chromo_data):
    num_features, num_samples = np.shape(chromo_data)
    freq_vals = sess.run(max_freqs, feed_dict={chromo: chromo_data})
    hist, bins = np.histogram(freq_vals, bins=range(num_features + 1))
    return hist.astype(float) / num_samples
In a session, segment an audio file using k-means:

with tf.Session() as sess:
    X = get_dataset(sess, 'TalkingMachinesPodcast.wav')
    print(np.shape(X))
    centroids = initial_cluster_centroids(X, k)
    i, converged = 0, False
    # prev_Y = None
    while not converged and i < max_iterations:
        i += 1
        Y = assign_cluster(X, centroids)
        # if prev_Y == Y:
        #     converged = True
        #     break
        # prev_Y = Y
        centroids = sess.run(recompute_centroids(X, Y))
        if i % 50 == 0:
            print('iteration', i)
    segments = sess.run(Y)
    for i in range(len(segments)):
        seconds = (i * segment_size) / float(20)
        min, sec = divmod(seconds, 60)
        time_str = str(min) + 'm ' + str(sec) + 's'
        print(time_str, segments[i])
/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/bregman/features_base.py:353: VisibleDeprecationWarning: using a non-integer number instead of an integer will result in an error in the future
  mxnorm = P.empty(self._cqtN) # Normalization coefficients
/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/bregman/features_base.py:357: VisibleDeprecationWarning: using a non-integer number instead of an integer will result in an error in the future
  for i in P.arange(self._cqtN)])
('chromo_data', (12, 633))
(12, 12)
('iteration', 50)
('iteration', 100)
('0.0m 0.0s', 0)
('0.0m 2.5s', 1)
('0.0m 5.0s', 0)
('0.0m 7.5s', 1)
('0.0m 10.0s', 1)
('0.0m 12.5s', 1)
('0.0m 15.0s', 1)
('0.0m 17.5s', 0)
('0.0m 20.0s', 1)
('0.0m 22.5s', 1)
('0.0m 25.0s', 0)
('0.0m 27.5s', 0)
目录
相关文章
|
4月前
|
传感器
Algorithm
【7月更文挑战第22天】
51 0
|
6月前
|
Go
Sereja and Algorithm
Sereja and Algorithm
34 0
|
6月前
|
算法
Aho Corasick Algorithm
Aho Corasick Algorithm
52 0
|
数据采集 算法 数据可视化
Forward Algorithm
前向算法(Forward Algorithm)是自组织映射(Self-Organizing Maps,简称 SOM)算法中的一种计算方法。它通过计算输入数据与输出层神经元之间的相似性,来确定输入数据在输出层中的位置。前向算法的主要思想是寻找最优的权重向量,使得相似的输入数据在输出层中靠近彼此。前向算法包括以下步骤:
65 0
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 算法
正向最大匹配(Forward Maximum Matching)
正向最大匹配(Forward Maximum Matching)是一种查找文本字符串中词语的算法。
434 1
|
算法 搜索推荐 程序员
Euclidean algorithm
数论算法是研究整数及其性质的算法。数论算法在密码学、编码、计算机科学和其他领域中有广泛的应用。以下是数论算法的一些常见的算法以及它们的实现方法和示例代码:
94 1
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 算法
ACL 2022:Graph Pre-training for AMR Parsing and Generation
抽象语义表示(AMR)以图形结构突出文本的核心语义信息。最近,预训练语言模型(PLM)分别具有AMR解析和AMR到文本生成的高级任务。
158 0
|
编译器 C++
理解std::move和std::forward
理解std::move和std::forward
|
算法 安全 Unix
翻译[RFC6238] TOTP: Time-Based One-Time Password Algorithm
翻译[RFC6238] TOTP: Time-Based One-Time Password Algorithm
150 0
【问题记录】utureWarning: Function get_feature_names is deprecated; get_feature_names is deprecated in 1.0
【问题记录】utureWarning: Function get_feature_names is deprecated; get_feature_names is deprecated in 1.0