Загрузите данные тренировки

Загрузите японский набор данных Гласных, как описано в [1] и [2]. Zip-файл japaneseVowels.zip содержит последовательности переменной длины. Последовательности разделены на две папки, Train и Test, которые содержат обучающие последовательности и тестируют последовательности, соответственно. В каждой из этих папок последовательности разделены на подпапки, которые пронумерованы от 1 до 9. Имена этих подпапок являются именами метки. Файл MAT представляет каждую последовательность. Каждая последовательность является матрицей с 12 строками, с одной строкой для каждой функции и переменным количеством столбцов, с одним столбцом для каждого временного шага. Количество строк является размерностью последовательности, и количество столбцов является длиной последовательности.

Разархивируйте данные о последовательности.

filename = "japaneseVowels.zip";
outputFolder = fullfile(tempdir,"japaneseVowels");
unzip(filename,outputFolder);

Для учебных предикторов создайте datastore файла и задайте функцию чтения, чтобы быть функцией load. Функция load, загружает данные из MAT-файла в массив структур. Чтобы считать файлы из подпапок в учебной папке, установите опцию 'IncludeSubfolders' на true.

folderTrain = fullfile(outputFolder,"Train");
fdsPredictorTrain = fileDatastore(folderTrain, ...
    'ReadFcn',@load, ...
    'IncludeSubfolders',true);

Предварительно просмотрите datastore. Возвращенный struct содержит одну последовательность из первого файла.

preview(fdsPredictorTrain)

ans = struct with fields:
    X: [12×20 double]

Для меток создайте datastore файла и задайте функцию чтения, чтобы быть функцией readLabel, заданной в конце примера. Функция readLabel извлекает метку с подымени папки.

classNames = string(1:9);
fdsLabelTrain = fileDatastore(folderTrain, ...
    'ReadFcn',@(filename) readLabel(filename,classNames), ...
    'IncludeSubfolders',true);

Предварительно просмотрите datastore. Вывод соответствует метке первого файла.

preview(fdsLabelTrain)

ans = categorical
     1 

Преобразуйте и объедините хранилища данных

Чтобы ввести данные о последовательности из datastore предикторов к нейронной сети для глубокого обучения, мини-пакеты последовательностей должны иметь ту же длину. Преобразуйте datastore с помощью функции padSequence, заданной в конце datastore, который заполняет или обрезает последовательности, чтобы иметь длину 20.

sequenceLength = 20;
tdsTrain = transform(fdsPredictorTrain,@(data) padSequence(data,sequenceLength));

Предварительно просмотрите преобразованный datastore. Вывод соответствует заполненной последовательности из первого файла.

X = preview(tdsTrain)

X = 1×1 cell array
    {12×20 double}

Чтобы ввести и предикторы и метки от обоих хранилищ данных в нейронную сеть для глубокого обучения, объедините их использующий функцию combine.

cdsTrain = combine(tdsTrain,fdsLabelTrain);

Предварительно просмотрите объединенный datastore. Datastore возвращает 1 2 массив ячеек. Первый элемент соответствует предикторам. Второй элемент соответствует метке.

preview(cdsTrain)

ans = 1×2 cell array
    {12×20 double}    {[1]}

Задайте сетевую архитектуру LSTM

Задайте архитектуру сети LSTM. Задайте количество функций входных данных как входной размер. Задайте слой LSTM с 100 скрытыми модулями и выводить последний элемент последовательности. Наконец, задайте полносвязный слой с выходным размером, равным количеству классов, сопровождаемых softmax слоем и слоем классификации.

numFeatures = 12;
numClasses = numel(classNames);
numHiddenUnits = 100;

layers = [ ...
    sequenceInputLayer(numFeatures)
    lstmLayer(numHiddenUnits,'OutputMode','last')
    fullyConnectedLayer(numClasses)
    softmaxLayer
    classificationLayer];

Задайте опции обучения. Установите решатель на 'adam' и 'GradientThreshold' к 2. Установите мини-пакетный размер на 27 и определите максимальный номер эпох к 75. Хранилища данных не поддерживают перестановку, таким образом, устанавливает 'Shuffle' на 'never'.

Поскольку мини-пакеты являются маленькими с короткими последовательностями, центральный процессор лучше подходит для обучения. Установите 'ExecutionEnvironment' на 'cpu'. Чтобы обучаться на графическом процессоре, при наличии, устанавливает 'ExecutionEnvironment' на 'auto' (значение по умолчанию).

miniBatchSize = 27;

options = trainingOptions('adam', ...
    'ExecutionEnvironment','cpu', ...
    'MaxEpochs',75, ...
    'MiniBatchSize',miniBatchSize, ...
    'GradientThreshold',2, ...
    'Shuffle','never',...
    'Verbose',0, ...
    'Plots','training-progress');

Обучите сеть LSTM с заданными опциями обучения.

net = trainNetwork(cdsTrain,layers,options);

Протестируйте сеть

Создайте преобразованный datastore, содержащий протянутые тестовые данные с помощью тех же шагов что касается данных тренировки.

folderTest = fullfile(outputFolder,"Test");

fdsPredictorTest = fileDatastore(folderTest, ...
    'ReadFcn',@load, ...
    'IncludeSubfolders',true);
tdsTest = transform(fdsPredictorTest,@(data) padSequence(data,sequenceLength));

Сделайте прогнозы на тестовых данных с помощью обучившего сеть.

YPred = classify(net,tdsTest,'MiniBatchSize',miniBatchSize);

Вычислите точность классификации на тестовые данные. Чтобы получить метки набора тестов, создайте datastore файла с функцией чтения readLabel и задайте, чтобы включать подпапки. Укажите, что выходные параметры вертикально concatenateable путем установки опции 'UniformRead' на true.

fdsLabelTest = fileDatastore(folderTest, ...
    'ReadFcn',@(filename) readLabel(filename,classNames), ...
    'IncludeSubfolders',true, ...
    'UniformRead',true);
YTest = readall(fdsLabelTest);

accuracy = mean(YPred == YTest)

accuracy = 0.9351

Функции

Функция readLabel извлекает метку от заданного имени файла по категориям в classNames.

function label = readLabel(filename,classNames)

filepath = fileparts(filename);
[~,label] = fileparts(filepath);

label = categorical(string(label),classNames);

end

Функция padSequence заполняет или обрезает последовательность в data.X, чтобы иметь заданную длину последовательности и возвращает результат в ячейке 1 на 1.

function sequence = padSequence(data,sequenceLength)

sequence = data.X;
[C,S] = size(sequence);

if S < sequenceLength
    padding = zeros(C,sequenceLength-S);
    sequence = [sequence padding];
else
    sequence = sequence(:,1:sequenceLength);
end

sequence = {sequence};

end