用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡檢測臉部關(guān)鍵點之訓練專項網(wǎng)絡教程

還記得我們在開始時丟棄的70％的培訓數(shù)據(jù)嗎？結(jié)果表明，如果我們想在Kaggle排行榜上獲得一個有競爭力的得分，這是一個很糟糕的主意。在70％的數(shù)據(jù)和挑戰(zhàn)的測試集中，我們的模型還有相當多特征沒有看到。

因此，改變之前只訓練單個模型的方式，讓我們訓練幾個專項網(wǎng)絡，每個專項網(wǎng)絡預測一組不同的目標值。我們將訓練一個只預測left_eye_center和right_eye_center的模型，一個僅用于nose_TIp等等;總的來說，我們將有六個模型。這將允許我們使用完整的訓練數(shù)據(jù)集，并希望獲得整體更有競爭力的分數(shù)。

六個專項網(wǎng)絡都將使用完全相同的網(wǎng)絡架構(gòu)（一種簡單的方法，不一定是最好的）。因為訓練必須比以前花費更長的時間，所以讓我們考慮一個策略，以便我們不必等待max_epochs完成，即使驗證錯誤停止提高很多。這被稱為早期停止，我們將寫另一個on_epoch_finished回調(diào)來處理。這里的實現(xiàn)：
class EarlyStopping(object):
def __init__(self, paTIence=100):
self.paTIence = paTIence
self.best_valid = np.inf
self.best_valid_epoch = 0
self.best_weights = None

def __call__(self, nn, train_history):
current_valid = train_history[-1]['valid_loss']
current_epoch = train_history[-1]['epoch']
if current_valid < self.best_valid:
self.best_valid = current_valid
self.best_valid_epoch = current_epoch
self.best_weights = nn.get_all_params_values()
elif self.best_valid_epoch + self.patience < current_epoch:
print("Early stopping.")
print("Best valid loss was {:.6f} at epoch {}.".format(
self.best_valid, self.best_valid_epoch))
nn.load_params_from(self.best_weights)
raise StopIteration()

可以看到，在call函數(shù)里面有兩個分支：第一個是現(xiàn)在的驗證錯誤比我們之前看到的要好，第二個是最好的驗證錯誤所在的迭代次數(shù)和當前迭代次數(shù)的距離已經(jīng)超過了我們的耐心。在第一個分支里，我們存下網(wǎng)絡的權(quán)重：
self.best_weights = nn.get_all_params_values()

第二個分支里，我們將網(wǎng)絡的權(quán)重設置成最優(yōu)的驗證錯誤時存下的值，然后發(fā)出一個StopIteration，告訴NeuralNet我們想要停止訓練。
nn.load_params_from(self.best_weights)
raise StopIteration()

讓我們在net的定義中更新on_epoch_finished處理程序的列表，并添加EarlyStopping：
net8 = NeuralNet(
# ...
on_epoch_finished=[
AdjustVariable('update_learning_rate', start=0.03, stop=0.0001),
AdjustVariable('update_momentum', start=0.9, stop=0.999),
EarlyStopping(patience=200),
],
# ...
)

到目前為止一切順利，但是如何定義這些專項網(wǎng)絡進行相應的預測呢？讓我們做一個列表：
SPECIALIST_SETTINGS = [
dict(
columns=(
'left_eye_center_x', 'left_eye_center_y',
'right_eye_center_x', 'right_eye_center_y',
),
flip_indices=((0, 2), (1, 3)),
),

dict(
columns=(
'nose_tip_x', 'nose_tip_y',
),
flip_indices=(),
),

dict(
columns=(
'mouth_left_corner_x', 'mouth_left_corner_y',
'mouth_right_corner_x', 'mouth_right_corner_y',
'mouth_center_top_lip_x', 'mouth_center_top_lip_y',
),
flip_indices=((0, 2), (1, 3)),
),

dict(
columns=(
'mouth_center_bottom_lip_x',
'mouth_center_bottom_lip_y',
),
flip_indices=(),
),

dict(
columns=(
'left_eye_inner_corner_x', 'left_eye_inner_corner_y',
'right_eye_inner_corner_x', 'right_eye_inner_corner_y',
'left_eye_outer_corner_x', 'left_eye_outer_corner_y',
'right_eye_outer_corner_x', 'right_eye_outer_corner_y',
),
flip_indices=((0, 2), (1, 3), (4, 6), (5, 7)),
),

dict(
columns=(
'left_eyebrow_inner_end_x', 'left_eyebrow_inner_end_y',
'right_eyebrow_inner_end_x', 'right_eyebrow_inner_end_y',
'left_eyebrow_outer_end_x', 'left_eyebrow_outer_end_y',
'right_eyebrow_outer_end_x', 'right_eyebrow_outer_end_y',
),
flip_indices=((0, 2), (1, 3), (4, 6), (5, 7)),
),
]

我們很早前就討論過在數(shù)據(jù)擴充中flip_indices的重要性。在數(shù)據(jù)介紹部分，我們的load_data()函數(shù)也接受一個可選參數(shù)，來抽取某些列。我們將在用專項網(wǎng)絡預測結(jié)果的fit_specialists()中使用這些特性：
from collections import OrderedDict
from sklearn.base import clone

def fit_specialists():
specialists = OrderedDict()

for setting in SPECIALIST_SETTINGS:
cols = setting['columns']
X, y = load2d(cols=cols)