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Keras与深度学习实战

人工智能Keras框架教材
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黄可坤 , 张良均 (主编) 侯跃恩 , 黎伟强 , 原鑫鑫 (副主编) 978-7-115-61979-2

关于本书的内容有任何问题,请联系 初美呈

⭐二十大精神融入。全面贯彻党的二十大精神,以新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观为引领,加强基础研究、发扬斗争精神,为建设社会主义文化强国、数字强国添砖加瓦,深入浅出地介绍使用Keras进行深度学习的重要理论和实践内容。
⭐理论与实战结合。本书以使用 Keras 框架实现深度学习的方法为主线,针对各类常见的深度神经网络,不仅使用图形和公式详细介绍其对应的原理,还介绍其对应的Keras 的实现。
⭐以应用为导向。本书针对深度学习的常见应用,如目标检测、文本生成和图像风格转换等,详细讲解了背景、原理以及案例的具体流程,让读者明确如何利用所学知识来解决问题。通过实训和课后习题巩固所学知识,读者可以真正理解并能够应用所学知识。
⭐注重启发式教学。本书大部分章以一个例子为开端,注重对读者思维的启发与解决方案的实施。通过对深度学习任务的全流程的体验,读者可以真正理解并掌握深度学习的相关技术。

内容摘要

本书以Keras 深度学习的常用技术与真实案例相结合的方式,深入浅出地介绍使用 Keras 进行深度学习的重要内容。全书共7章,内容包括深度学习概述、Keras 深度学习通用流程、Keras 深度学习基础、基FRetinaNet的目标检测、基于LSTM 网络的诗歌生成、基于 CvceGAN 的图像风格转换、基TiDM大数据挖掘建模平台实现诗歌生成等。本书大部分章包含实训和课后习题,通过练习和操作实践,读者可以巩固所学的内容。
本书可以作为高校数据科学或人工智能相关专业的教材,也可作为深度学习爱好者的自学用书。

前言

深度学习作为一种机器学习算法,在最近十几年取得了很大的进展,在图像识别、图像分割、目标检测、自然语言理解、机器翻译、目标生成等领域都取得了比传统的机器学习算法好得多的效果。深度学习技术的研究和开发,离不开深度学习框架。作为目前应用最为广泛的深度学习框架之一,Keras 提供了一致且简单的API,最大限度地减少用户操作,并提供清晰的错误消息。然而,目前市场上与 Keras深度学习相关的书籍,要么太过理论化,只讲深度学习相关理论;要么只讲 Keras 的语法,没有深度学习的理论背景。另外,市场上与 Keras 深度学习相关的书籍大都比较厚且比较贵,不适合作为高校教材。为了解决以上问题,全面贯彻党的二十大精神编者特地编写本书,以新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观为引领加强基础研究、发扬斗争精神,为建成社会主义文化强国、数字强国添砖加瓦,深入浅出地介绍使用 Keras 进行深度学习的重要理论和实践内容,从而让有一定 Python 编程基础的读者快速入门深度学习技术。

Keras与深度学习实战

目录

第1章 深度学习概述 1
1.1 深度学习简介 1
1.1.1 深度学习的定义 1
1.1.2 深度学习常见应用 2
1.2 深度学习与应用领域 9
1.2.1 深度学习与计算机视觉 9
1.2.2 深度学习与自然语言处理 10
1.2.3 深度学习与语音识别 11
1.2.4 深度学习与机器学习 11
1.2.5 深度学习与人工智能 12
1.3 Keras简介 13
1.3.1 各深度学习框架对比 13
1.3.2 Keras与TensorFlow的关系 15
1.3.3 Keras常见接口 15
1.3.4 Keras特性 17
1.3.5 Keras安装 17
1.3.6 Keras中的预训练模型 20
小结 22
课后习题 23

第2章 Keras深度学习通用流程 24
2.1 基于全连接网络的手写数字识别实例 24
2.2 数据加载与预处理 28
2.2.1 数据加载 28
2.2.2 数据预处理 31
2.3 构建网络 39
2.3.1 模型生成 39
2.3.2 核心层 40
2.3.3 自定义层 47
2.4 训练网络 51
2.4.1 优化器 51
2.4.2 损失函数 54
2.4.3 训练方法 60
2.5 性能评估 64
2.5.1 性能监控 64
2.5.2 回调检查 69
2.6 模型的保存与加载 77
实训1 利用Keras进行数据加载与增强 79
实训2 利用Keras构建网络并训练 80
小结 80
课后习题 81

第3章 Keras深度学习基础 82
3.1 卷积神经网络基础 82
3.1.1 卷积神经网络中的常用网络层 83
3.1.2 基于卷积神经网络的手写数字识别实例 96
3.1.3 常用卷积神经网络算法及其结构 99
3.2 循环神经网络 106
3.2.1 循环神经网络中的常用网络层 108
3.2.2 基于循环神经网络和Self Attention网络的新闻摘要分类实例 123
3.3 生成对抗网络 131
3.3.1 常用生成对抗网络算法及其结构 131
3.3.2 基于生成对抗网络的手写数字生成实例 135
实训1 卷积神经网络 150
实训2 循环神经网络 151
实训3 生成对抗网络 151
小结 152
课后习题 152

第4章 基于RetinaNet的目标检测 154
4.1 算法简介与目标分析 154
4.1.1 背景介绍 154
4.1.2 目标检测算法概述 155
4.1.3 目标检测相关理论介绍 156
4.1.4 分析目标 158
4.1.5 项目工程结构 158
4.2 数据准备 159
4.2.1 数据集下载 159
4.2.2 图像预处理 160
4.2.3 数据集编码 166
4.2.4 数据集管道设置 171
4.3 构建网络 171
4.3.1 RetinaNet的网络结构 172
4.3.2 构建RetinaNet 173
4.4 训练网络 177
4.4.1 定义损失函数 177
4.4.2 训练网络 180
4.4.3 加载模型测试点 181
4.5 模型预测 182
4.5.1 进行解码与非极大值抑制处理 182
4.5.2 预测结果 184
实训 使用VOC2007数据集训练和测试RetinaNet 186
小结 186
课后习题 186

第5章 基于LSTM网络的诗歌生成 187
5.1 目标分析 187
5.1.1 背景介绍 187
5.1.2 分析目标 188
5.1.3 项目工程结构 189
5.2 文本预处理 189
5.2.1 标识诗句结束点 189
5.2.2 去除低频词 190
5.2.3 构建映射 191
5.3 构建网络 191
5.3.1 设置配置项参数 191
5.3.2 生成训练数据 192
5.3.3 构建LSTM网络 194
5.4 训练网络 194
5.4.1 查看学习情况 194
5.4.2 生成诗句 195
5.4.3 训练网络 196
5.5 结果分析 197
实训 基于LSTM网络的文本生成 199
小结 199
课后习题 199

第6章 基于CycleGAN的图像风格转换 200
6.1 目标分析 200
6.1.1 背景介绍 200
6.1.2 分析目标 201
6.1.3 项目工程结构 201
6.2 数据准备 203
6.3 构建网络 205
6.3.1 定义恒等映射网络函数 206
6.3.2 定义残差网络函数 207
6.3.3 定义生成器函数 208
6.3.4 定义判别器函数 211
6.4 训练网络 212
6.4.1 定义训练过程函数 212
6.4.2 定义生成图像函数 214
6.5 结果分析 215
实训 基于CycleGAN实现莫奈画作与现实风景图像的风格转换 217
小结 217
课后习题 218

第7章 基于TipDM大数据挖掘建模平台实现诗歌生成 219
7.1 平台简介 219
7.1.1 共享库 220
7.1.2 数据连接 220
7.1.3 数据集 221
7.1.4 我的工程 222
7.1.5 个人组件 224
7.2 实现诗歌生成 224
7.2.1 配置数据源 225
7.2.2 文本预处理 227
7.2.3 构建网络 227
7.2.4 训练网络 230
7.2.5 结果分析 234
实训 实现基于TipDM大数据挖掘模平台的文本生成 235
小结 236
课后习题 236

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作者介绍

黄可坤,男,嘉应学院教授,现任数学学院院长。主要从事模式识别方面的研究,在IEEE TNNLS, TGRS, TIP, TCYB等国际一流期刊发表论文20多篇,主持2项深度学习相关的国家自然科学基金项目。主讲《深度学习》《模式识别》《数学建模》等课程。被评为全国数学建模竞赛优秀指导教师,广东省南粤优秀教师,梅州市最美科技工作者等。
张良均 资深大数据专家,广东泰迪智能科技股份有限公司董事长,国家科技部入库技术专家,教育部全国专业学位水平评估专家,工信部教育与考试中心入库专家,中国工业与应用数学学会理事,广东省工业与应用数学学会副理事长,广东省高等职业教育教学指导委员会委员,华南师范大学、中南财经政法大学等40余所高校校外硕导或兼职教授,泰迪杯全国数据挖掘挑战赛发起人。 曾在国内外重要学术刊物上发表学术论文10余篇,主导编写图书专著60余部,其中获普通高等教育“十一五”规划教材一部,“十三五”职业教育国家规划教材一部;参与标准建设4项,主持国家级课题1项、省部级课题4项。获得SAS、SPSS数据挖掘认证及Hadoop开发工程师证书,具有信访、电力、电信、银行、制造企业、电子商务和电子政务的项目经验和行业背景,并荣获中国产学研合作促进奖、中国南方电网公司发明专利一等奖、广东省农业技术推广二等奖、广州市荔湾区科学技术进步奖。

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