[机器学习笔记(三)]保存加载模型的几种方式
模型的保存和加载
训练一个相对复杂的模型很有可能需要一段时间，如果是在专门的服务器或计算资源上进行训练那放那里跑就行了。但是如果是在自己的小电脑上跑，就干等着，就可能这段时间电脑都用不了。万一期间要做个其他实验，或者单纯打个游戏放松下就难受了。
好在TensorFlow提供了训练期间和训练后对模型保存的方法。也就是说，你可以随时暂停一下，然后随时恢复继续训练，甚至别人训练了一半，你可以拿它们的权重继续训练，避免耗费长时间在训练上。
保存TensorFlow模型有许多不同的方法，取决于你使用的API。因为tf2.0内置了keras这里基本使用keras的方式来完成模型的保存和加载。
- windows10
- python==3.6
- tensorflow==2.0
准备模型
创建一个简单的MNIST手写数字识别模型
获取数据集
为了训练速度，可以只使用前1000个样本来进行训练和测试
(train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = tf.keras.datasets.mnist.load_data()
train_labels = train_labels[:1000]
test_labels = test_labels[:1000]
train_images = train_images[:1000].reshape(-1, 28 * 28) / 255.0
test_images = test_images[:1000].reshape(-1, 28 * 28) / 255.0
定义模型
这里就直接FC结构不用卷积了
# Define a simple sequential model
def create_model():
model = tf.keras.models.Sequential([
keras.layers.Dense(512, activation='relu', input_shape=(784,)),
keras.layers.Dropout(0.2),
keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])
model.compile(optimizer='adam',
loss='sparse_categorical_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
return model
# Create a basic model instance
model = create_model()
# Display the model's architecture
model.summary()
可以看到如下输出
Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type) Output Shape Param #
=================================================================
dense (Dense) (None, 512) 401920
_________________________________________________________________
dropout (Dropout) (None, 512) 0
_________________________________________________________________
dense_1 (Dense) (None, 10) 5130
=================================================================
Total params: 407,050
Trainable params: 407,050
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________
使用回调保存模型
tf.keras.callbacks.ModelCheckpoint回调可以让我们在训练期间和训练结束时保存模型
创建回调实例
checkpoint_path = "training_1/cp.ckpt" # your path to save model
# checkpoint_dir = os.path.dirname(checkpoint_path) # training_1
# Create a callback that saves the model's weights
cp_callback = tf.keras.callbacks.ModelCheckpoint(filepath=checkpoint_path,
save_weights_only=True,
verbose=1)
# Train the model with the new callback
model.fit(train_images,
train_labels,
epochs=10,
validation_data=(test_images,test_labels),
callbacks=[cp_callback]) # Pass callback to training
这个回调会在每个epoch后保存(会覆盖旧的)checkpoint。
使用保存的模型
因为我们只保存了模型的权值，所以在恢复的时候需要先创建一个同样结构的模型，然后载入我们保存的权值。
# Create a basic model instance
model = create_model()
# Evaluate the model
loss, acc = model.evaluate(test_images, test_labels, verbose=2)
print("Untrained model, accuracy: {:5.2f}%".format(100*acc))
我们还没有对模型进行训练，所以现在权值是全随机的，Accuracy也不会很好。
1000/1 - 0s - loss: 2.3598 - accuracy: 0.1360
Untrained model, accuracy: 13.60%
接下来从保存的checkpoint中加载权值再测试
# Loads the weights
model.load_weights(checkpoint_path)
# Re-evaluate the model
loss,acc = model.evaluate(test_images, test_labels, verbose=2)
print("Restored model, accuracy: {:5.2f}%".format(100*acc))
之前保存的权值被加载到新创建的模型中，Accuracy变成了之前训练保存的。
1000/1 - 0s - loss: 0.3937 - accuracy: 0.8650
Restored model, accuracy: 86.50%
当然tf.keras.callbacks.ModelCheckpoint有很多参数可以设置，比如保存的间隔，或者你可以让他不覆盖，依次保存为不同名字的模型，这样可以在多个checkpoint中选择没有过拟合的
手动保存模型
手动保存模型的方式很简单，使用tf.keras.Model.save_weights方法即可。当然前提是你的模型是一个tf.keras.Model类型。
# Save the weights
model.save_weights('./checkpoints/my_checkpoint')
# Create a new model instance
model = create_model()
# Restore the weights
model.load_weights('./checkpoints/my_checkpoint')
保存整个模型
之前我们保存的一直都是模型的权值，而没有保存模型的结构，所以我们恢复的时候需要创建一个相同结构的模型，然后使用tf.keras.Model.load_weights来加载权重。
保存整个模型可以让我们使用时不需要手动写模型结构，直接从保存的模型里提取出模型。
安装依赖
如果要使用HDF5格式来保存整个模型需要安装如下依赖
pip install -q pyyaml h5py
HDF5格式
保存为HDF5格式只需要使用tf.keras.Model.save()，且文件名后缀为.h5即可
# Create and train a new model instance.
model = create_model()
model.fit(train_images, train_labels, epochs=5)
# Save the entire model to a HDF5 file.
# The '.h5' extension indicates that the model shuold be saved to HDF5.
model.save('my_model.h5')
# Or give a save_format arg
# model.save(filepath="", save_format="h5")
SavedModel格式
tf.keras.Model.save()方法也可以用于保存SavedModel格式（这个格式是tf的格式，h5则是一个通用的格式）
# Create and train a new model instance.
model = create_model()
model.fit(train_images, train_labels, epochs=5)
# Save the entire model as a SavedModel.
!mkdir -p saved_model
model.save('saved_model/my_model')
# Or give a save_format arg
#model.save('saved_model/my_model', save_format='tf')
通过tf.keras.Model.save()的参数save_format可以调整保存的格式，tf2.0以下可能默认保存的是h5格式，tf2.0改为了tf格式。
加载模型
加载的时候就不需要先定义一个相同结构的模型，直接从保存的模型中提取出模型结构和权值
# Recreate the exact same model, including its weights and the optimizer
new_modelh5 = tf.keras.models.load_model('my_model.h5')
new_modeltf = tf.keras.models.load_model('saved_model/my_model')
# Show the model architecture
new_modelh5.summary()
new_modeltf.summary()
tf中tf.keras.models.load_model可以恢复两种格式保存的模型。
保存自定义的模型对象
tf中SavedModel和HDF5一大区别是，SavedModel可以自动保存自定义的模型对象（有自定义层的模型），而HDF5需要模型配置来保存自定义模型。
参考
[1] https://tensorflow.google.cn/tutorials/keras/save_and_load
