還不光是有個架子,訓練過程也都呈現得明明白白。

比如隨著epoch(迭代次數)的變化,訓練過程中各層出現的實時變化。

為了能更清楚地展示網絡細節,用戶還可以在其中自由地折疊、擴展每個層。

比如將特征圖在線性布局和網格布局之間轉換。

折疊卷積層的特征圖輸出。

對全連接層進行邊綁定(edge bunding)等等。

這樣的可視化圖像,可以通過加載TensorFlow的檢查點來構建。

也可以在Unity編輯器中設計。

用Unity搞出一個3D網絡過程如下

在正式上手Unity前,作者先在Houdini軟件中,搭建了一個可視化的3D網絡原型。

也就是說,先給Unity版3D網絡提供一個搭建思路,提前準備好實現展示卷積計算的方法、特征圖的形狀、邊綁定的效果等問題。

它的節點編輯器長這樣:

然后,就可以在Unity上搭建3D神經網絡了。

首先,需要預設好神經網絡的“形狀”。

由于之前并沒有用過Unity,作者先學習了著色器和過程式幾何相關的知識。

這里面,作者發現了一些局限性,他采用的是Unity為著色器開發的語言Shaderlab,這個語言無法使用著色變化,只有對語義進行預定義的變量,才能讓它在頂點、幾何和像素著色器之間傳遞。

而且,它無法任意分配頂點屬性,只有位置、顏色、UV等預定義屬性。(可能這也是3D網絡無法實時改變顏色的原因之一)

在研究了一些實例化(instancing)相關的概念后,作者計劃采用幾何著色器的方法生成神經網絡的連線。其中起點和終點被傳遞到頂點著色器,并直接轉發到幾何著色器。

這些線,最多可以由120個頂點組成,因為Unity允許的幾何著色器能創建的變量的標量浮點數為1024。

設計后的網絡形狀,大致長這樣:

然后,就是從模型的TensorFlow代碼中,生成對應的3D神經網絡圖像。

其中,Tensorflow-native.ckpt格式的文件,需要存儲重構模型圖所需的數據、二進制的權重讀取和激活值,以及特定層的名字。

以Cifar10-greyscale數據集為例,需要編寫一個檢查點(checkpoint)文件,以及設置隨即初始化的權重。

在那之后,需要加載這些檢查點文件、啟動TensorFlow會話,輸入訓練示例,以便查詢每一層的激活函數。

然后編寫一個json文件,存儲每一層的形狀、名稱、權重和激活函數,便于讀取。然后使用權重值,將顏色數據分配給各層的Unity Mesh。

最終搞出來的效果,還是不錯的:

相關研究如下

事實上,此前已經有不少學者,進行過神經網絡可視化的研究。

例如,去年5月,一位中國博士就可視化了卷積神經網絡,將每一層的變化都展示得非常清楚,只需要點擊對應的神經元,就能看見它的“操作”。

這是用TensorFlow.js加載的一個10層預訓練模型,相當于在瀏覽器上就能跑CNN模型,也可以實時交互,顯示神經元的變化。

不過,這還是個2D的項目。

目前,也已經有人像上面那個神經網絡模型一樣,做出了3D的可視化神經網絡:

這個項目,同樣用到了邊綁定、光線追蹤等技術,與特征提取、微調和歸一化相結合,將神經網絡可視化。

這項項目希望能借由這些技術,來估計神經網絡中不同部分的重要性。

為此,作者將神經網絡的每一部分都用不同的顏色來表示,根據節點和節點在網絡中的重要性,來預測它們之間的關聯性。

大致的處理過程是這樣的:

文章轉自微信公眾號@算法進階

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