高顏值的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可視化工具:3D、彩色、可定制,還能可視化參數(shù)重要性

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最近,一款神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可視化工具火了。
這款工具叫做「nn_vis」,它采用了新的3D可視化技術(shù),可以呈現(xiàn)這樣的效果:

其作者表示,之所以創(chuàng)建這個(gè)工具,是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部缺乏透明度,很難為不同任務(wù)選擇有效的架構(gòu)。
nn_vis究竟有什么與眾不同?一起來了解一下。
它能夠創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,還可以通過參數(shù)設(shè)置,得到不同的呈現(xiàn)形式;


并且,根據(jù)參數(shù)重要性的評估結(jié)果,對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行剪枝,從而簡化模型;
同時(shí),還可以對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綁定過程實(shí)現(xiàn)可視化。

那么,這些功能是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢?
nn_vis利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化領(lǐng)域的已有方法,采用批標(biāo)準(zhǔn)化、微調(diào)以及特征提取,評估訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同部分的重要性。
再結(jié)合邊綁定、光線跟蹤、3D impostor和特殊的透明技術(shù)等,得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3D模型,證明了評估結(jié)果的有效性。
具體來看看~
01.參數(shù)準(zhǔn)備
首先通過 configs/processing.json ,進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的參數(shù)準(zhǔn)備,就像這樣:
{"edge_bandwidth_reduction": 0.9,"edge_importance_type": 0,"layer_distance": 0.5,"layer_width": 1.0,"node_bandwidth_reduction": 0.95,"prune_percentage": 0.0,"sampling_rate": 15.0,"smoothing": true,"smoothing_iterations": 8}
也可以在圖形用戶界面進(jìn)行設(shè)置:

02.創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
使用可視化工具start_tool.py,并選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Load Processed Network。
除了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),還可以生成隨機(jī)網(wǎng)絡(luò),以及處理各種大小的網(wǎng)絡(luò)。
與最常用的參數(shù)相比,可視化可以使訓(xùn)練參數(shù)更為結(jié)構(gòu)化。
經(jīng)過不同的訓(xùn)練,通過旋轉(zhuǎn)、切換相機(jī)位置、截屏,可以得到類似這樣的效果:

邊越靠近,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這些部分的泛化程度就越大,即更容易適應(yīng)新的數(shù)據(jù)樣本。
左側(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沒有經(jīng)過隨機(jī)分配的值的訓(xùn)練:節(jié)點(diǎn)和邊距離中心分布的更遠(yuǎn);
中間的則經(jīng)過一些基本訓(xùn)練,達(dá)到90%以上的準(zhǔn)確性。
右側(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以相同方式訓(xùn)練,并且采用L1正則化防止過擬合,得到了具有相似準(zhǔn)確性的最窄的模型。
03.評估各節(jié)點(diǎn)的重要性
根據(jù)節(jié)點(diǎn)和邊的重要性進(jìn)行著色,不同的顏色表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的每一部分,用來預(yù)測它們的關(guān)聯(lián)性。

通過左圖可以看出,修剪不重要的參數(shù),不會像重要參數(shù)那樣影響模型的預(yù)測準(zhǔn)確性。
右圖則顯示出,根據(jù)類別的重要性修剪神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí),重要類別能夠保留準(zhǔn)確性。與整體準(zhǔn)確性相比,重要類別的準(zhǔn)確性始終更高。
通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行剪枝,即剪掉不重要的冗余參數(shù),降低了模型的復(fù)雜度和過擬合風(fēng)險(xiǎn),提升了泛化程度,得到更高效、訓(xùn)練成本更低的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
由此證明了重要性評估的有效性。
04.綁定過程可視化
通過不斷迭代實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綁定,大致過程是這樣的:

可視化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綁定過程:

需要注意的是,處理每層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要一定時(shí)間,計(jì)算并不是實(shí)時(shí)的。
05.不同的可視化效果
在圖形用戶界面或者通過configs/rendering.json,修改著色器參數(shù),包括:
尺寸、對象的基本不透明度、即重要性對不透明度的影響比率、相機(jī)的距離對不透明度的影響比率、物體上不同點(diǎn)的密度對不透明度的影響比率、根據(jù)對象的重要性定義渲染對象的閾值。
即可得到不同的可視化效果:

對這款工具感興趣的朋友,可以通過文末鏈接獲取~
https://github.com/julrog/nn_vis
