将 Keras 模型转化为 Estimator 模型

在上一节课之中，我们学习了使用 Estimator 来进行模型训练的一系列步骤，同时也通过一个示例了解了如何使用内置的 Estimator 来进行模型的训练。

而在实际的应用过程之中，我们难免会遇到要使用自定义模型进行训练的情况，而在之前的学习之中我们曾经学习过如何使用 Keras 来自定义模型，那么这节课我们就来学习一下如何使用自定义的 Keras 模型转化为 Estimator 模型并进行训练。

那么这节课我们便使用对 Fashion_Mnist 数据集进行分类的示例来学习如何 Keras 模型转化为 Estimator 模型。

1. 采用的方法

在 TensorFlow 之中，若要将一个 Keras 模型转化为一个 Estimator 模型，我们只需要调用一个步骤，那就是 tf.keras.estimator.model_to_estimator 接口。

可以看出，该 API 是一个 keras 的 API ，而该接口会将一个 Keras 模型转化为一个估算器（Estimator）。

对于该接口的详细参数，我们会在具体实现的时候进行说明。

由于转化完成的接口仍然是一个 Estimator 模型，因此我们依然需要之前的四步骤：

• 定义特征列，在这里可以省略，因为输入的特征我们可以在 Keras 模型之中处理；
• 定义输入函数；
• 创建 Estimator 模型，在这里就是将Keras模型转化为 Estimator 模型；
• 进行训练与评估等操作。

2. 具体示例

首先我们需要获取数据集，和之前一样，为了方便，我们直接采用官方 API 进行数据集的获取：

import tensorflow as tf

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0

通过上面的代码，我们便得到了数据集，同时对图片数据进行了归一化处理，也就是所将他们的数值规范化到 [0, 1] 之间。

然后我们就需要定义我们的模型：

model = tf.keras.models.Sequential([
  tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)),
  tf.keras.layers.Dense(256, activation='relu'),
  tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])

model.compile(loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(), 
        optimizer='adam', metrics=['accuracy'])

在这里我们使用了一个和之前一样的模型：

• 第一层为一个扁平化层，将二维数据一维化；
• 第二层为一个隐含层，其中包括256个隐含节点；
• 最后一层为输出层，包含十个节点，因为我们的分类一共有10个。

然后我们对模型进行了编译，我们采用的是 adam 优化器，因为我们是多分类任务，因此我们采用了 SparseCategoricalCrossentropy 损失函数。

然后我们需要进行非常重要的一步：定义输入函数，在这里我们要定义两个输入函数，第一个为训练时的输入函数，另一个为测试时的输入函数。

def train_input_fn(x_train, y_train):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_train, y_train))
  dataset = dataset.batch(16).repeat()
  return dataset

def test_input_fn(x_test, y_test):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_test, y_test))
  dataset = dataset.batch(16)
  return dataset

在这里我们依然采用的是 tf.data.Dataset.from_tensor_slices 切片的方法来构建数据集，同时我们进行了分批处理，其中批次的大小为16，而对于训练集，我们进行了重复处理，因为我们的训练过程可能需要多次遍历数据集。

然后我们便将我们创建的Keras模型转化为Estimator模型：

keras_estimator = tf.keras.estimator.model_to_estimator(keras_model=model)

仅仅需要一行代码，我们的Keras模型就转化为了 Estimator 模型，在这里我们仅仅使用了一个参数，那就是 keras_model 参数，其实该函数还包括几个非常有用的参数：

• keras_model_path：与 keras_model 互斥，也就是说不能与 keras_model 同时不为 None ，用来指定从磁盘上加载一个模型；
• model_dir：用来保存各种日志、参数、图表的目录；
• checkpoint_format：用来保存模型的格式。

最后我们进行模型的训练与测试：

keras_estimator.train(input_fn=lambda: train_input_fn(x_train, y_train), steps=5000)
eval_result = keras_estimator.evaluate(input_fn=lambda: test_input_fn(x_test, y_test), steps=len(x_test)//16)
print(eval_result)

在这里，我们在训练的时候采用了一个参数 steps ，这个参数指明要训练多少个 batch_size （在这里是16 ）；因为在测试的时候我们只需要进行一次数据遍历，因此我们的 steps 设置为 len(x_test)//16 。

举个例子，加入我们数据一共有 10 条，我们想要训练 20 个 epoch ，那么我们就需要设置 steps 为10*20=200 。而如果 steps 为 300 ，那我们的 epoch 就是 300 // 10 = 30 。

而最后我们得到的 eval_result 是一个字典类型的对象，其中包含了 loss、step 以及我们定义的 metrics 等字段。

最后在测试结束后我们可以得到结果为：

INFO:tensorflow:Saving dict for global step 5000: accuracy = 0.8086, global_step = 5000, loss = 1.652609
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 5000: /tmp/tmptu8apzc8/model.ckpt-5000
{'accuracy': 0.8086, 'loss': 1.652609, 'global_step': 5000}

可以看到我们的模型最终达到了 0.8 的准确率，如果提升 steps ，我们便可以在一定程度上进一步提升准确率。

3. 小结

在这节课之中，我们学习了如何将 Keras 转化为 Estimator 模型，总而言之，我们依然需要使用训练 Estimator 模型的一贯步骤。同时我们也了解了 tf.keras.estimator.model_to_estimator 的几个常用的参数。