Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 63. C# - 3층 구조의 신경망 [링크 복사], [링크+제목 복사]
조회: 10573
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일

(시리즈 글이 6개 있습니다.)
Math: 59. C# - 웨이트 벡터 갱신식을 이용한 퍼셉트론 분류
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11938

Math: 60. C# - 로지스틱 회귀를 이용한 분류
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11955

Math: 61. C# - 로지스틱 회귀를 이용한 선형분리 불가능 문제의 분류
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11962

Math: 62. 활성화 함수에 따른 뉴런의 출력을 그리드 맵으로 시각화
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11966

Math: 63. C# - 3층 구조의 신경망
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11969

Math: 64. C# - 3층 구조의 신경망(분류)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11981




C# - 3층 구조의 신경망

아래의 책에 보면,

실체가 손에 잡히는 딥러닝
; http://www.yes24.com/Product/Goods/74258238

3층 신경만을 표현한 파이썬 용 소스 코드가 나오는데 다음과 같습니다.

# http://nanya-kanya.net/index.php/1232/#outline__1_29

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

X = np.arange(-1.0, 1.0, 0.2)
Y = np.arange(-1.0, 1.0, 0.2)

Z = np.zeros((10, 10))

w_im = np.array([[2.0, -2.0],
                 [1.0, 4.0]])
w_mo = np.array([[1.0],
                 [-1.0]])

b_im = np.array([3.0, -3.0])
b_mo = np.array([0.1])

def middle_layer(x, w, b):
    u = np.dot(x, w) + b
    return 1 / (1 + np.exp(-u))

def output_layer(x, w, b):
    u = np.dot(x, w) + b
    return u

for i in range(10):
    for j in range(10):

        inp = np.array([X[i], Y[j]])
        mid = middle_layer(inp, w_im, b_im)
        out = output_layer(mid, w_mo, b_mo)

        Z[j][i] = out[0]
        
plt.imshow(Z, "gray", vmin = 0.0, vmax = 1.0)
plt.colorbar()
plt.show()

C#으로 표현한 후,

using MathNet.Numerics.LinearAlgebra;
using System;
using System.Linq;

using np = PythonUtils;
using vector = MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Vector<double>;
using matrix = MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix<double>;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var X0 = np.arange(-1.0, 1.0, 0.2).ToArray();
        var X1 = np.arange(-1.0, 1.0, 0.2).ToArray();

        double[,] Y = new double[X0.Length, X1.Length];

        matrix w_im = GetMatrix(new[] { -4.0, 4.0 }, new[] { -4.0, -4.0 });
        matrix w_mo = GetMatrix(new[] { 1.0 }, new[] { -1.0 });

        vector b_im = GetVector(3.0, -3.0);
        vector b_mo = GetVector(0.1);

        Func<vector, matrix, vector, vector> middle_layer = (x, w, b) =>
        {
            vector u = x * w + b;
            return 1 / (1 + np.exp(-u));
        };

        Func<vector, matrix, vector, vector> output_layer = (x, w, b) =>
        {
            return x * w + b;
        };

        for (int i = 0; i < X0.Length; i++)
        {
            for (int j = 0; j < X1.Length; j++)
            {
                var inp = GetVector(X0[i], X1[j]);
                var mid = middle_layer(inp, w_im, b_im);
                var outp = output_layer(mid, w_mo, b_mo);

                Y[j, i] = outp[0];
            }
        }

        OutputImage("layer3_neuron.png");

        void OutputImage(string fileName)
        {
            Gridmap grid = new Gridmap(371, 371);
            grid.Show(Y, fileName);
        }
    }

    private static Matrix<double> GetMatrix(params double[][] values)
    {
        return CreateMatrix.DenseOfRows(values.Length, values[0].Length, values);
    }

    private static Vector<double> GetVector(params double [] values)
    {
        return CreateVector.DenseOfArray(values);
    }
}

실행해 보면, 좌측의 출력은 matplotlib의 출력이고 우측은 C# 출력입니다.

layer3_neuron.png

제 경우에, 신경망 출력의 값을 단순히 다음과 같이 gray 색으로 보간했는데,

double minX = gridmap.Min();
double maxX = gridmap.Max();

Func<double, double> lerf = (value) =>
{
    return (value - minX) / (maxX - minX);
};

for (int i = 0; i < count; i++)
{
    double h, l, s;
    double r1, g1, b1;

    h = 0;
    l = lerf(gridmap[i]);
    s = 0;

    pl.hlsrgb(h, l, s, out r1, out g1, out b1);
    r[i + 16] = (int)(r1 * 255.0);
    g[i + 16] = (int)(g1 * 255.0);
    b[i + 16] = (int)(b1 * 255.0);
}

matplotlib과 차이가 납니다. 어쩌면 보간 방식의 차이일 수도 있고, HLS to RGB 방식의 차이일 수 있는데 중요한 것은 신경망 출력이 가중치와 편향에 따라 다양해진다는 점이므로 넘어가도 좋겠습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]







[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 7/7/2019]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




... 31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  [45]  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
12496정성태1/19/20218923.NET Framework: 1010. .NET Core 콘솔 프로젝트에서 Kestrel 호스팅 방법 [1]
12495정성태1/19/202111048웹: 40. IIS의 HTTP/2 지원 여부 - h2, h2c [1]
12494정성태1/19/202110206개발 환경 구성: 522. WSL2 인스턴스와 호스트 측의 Hyper-V에 운영 중인 VM과 네트워크 연결을 하는 방법 [2]
12493정성태1/18/20218602.NET Framework: 1009. .NET 5에서의 네트워크 라이브러리 개선 (1) - HTTP 관련 [1]파일 다운로드1
12492정성태1/17/20217992오류 유형: 695. ASP.NET 0x80131620 Failed to bind to address
12491정성태1/16/20219577.NET Framework: 1008. 배열을 반환하는 C# COM 개체의 메서드를 C++에서 사용 시 메모리 누수 현상 [1]파일 다운로드1
12490정성태1/15/20219159.NET Framework: 1007. C# - foreach에서 열거 변수의 타입을 var로 쓰면 object로 추론하는 문제 [1]파일 다운로드1
12489정성태1/13/202110140.NET Framework: 1006. C# - DB에 저장한 텍스트의 (이모티콘을 비롯해) 유니코드 문자가 '?'로 보인다면? [1]
12488정성태1/13/202110368.NET Framework: 1005. C# - string 타입은 shallow copy일까요? deep copy일까요? [2]파일 다운로드1
12487정성태1/13/20218896.NET Framework: 1004. C# - GC Heap에 위치한 참조 개체의 주소를 알아내는 방법파일 다운로드1
12486정성태1/12/20219817.NET Framework: 1003. x64 환경에서 참조형의 기본 메모리 소비는 얼마나 될까요? [1]
12485정성태1/11/202110531Graphics: 38. C# - OpenCvSharp.VideoWriter에 BMP 파일을 1초씩 출력하는 예제파일 다운로드1
12484정성태1/9/202111182.NET Framework: 1002. C# - ReadOnlySequence<T> 소개파일 다운로드1
12483정성태1/8/20218397개발 환경 구성: 521. dotPeek - 훌륭한 역어셈블 소스 코드 생성 도구
12482정성태1/8/20219807.NET Framework: 1001. C# - 제네릭 타입/메서드에서 사용 시 경우에 따라 CS8377 컴파일 에러
12481정성태1/7/20219545.NET Framework: 1000. C# - CS8344 컴파일 에러: ref struct 타입의 사용 제한 메서드파일 다운로드1
12480정성태1/6/202112126.NET Framework: 999. C# - ArrayPool<T>와 MemoryPool<T> 소개파일 다운로드1
12479정성태1/6/20219491.NET Framework: 998. C# - OWIN 예제 프로젝트 만들기
12478정성태1/5/202111115.NET Framework: 997. C# - ArrayPool<T> 소개파일 다운로드1
12477정성태1/5/202113515기타: 79. github 코드 검색 방법 [1]
12476정성태1/5/202110171.NET Framework: 996. C# - 닷넷 코어에서 다른 스레드의 callstack을 구하는 방법파일 다운로드1
12475정성태1/5/202112755.NET Framework: 995. C# - Span<T>와 Memory<T> [1]파일 다운로드1
12474정성태1/4/202110307.NET Framework: 994. C# - (.NET Core 2.2부터 가능한) 프로세스 내부에서 CLR ETW 이벤트 수신 [1]파일 다운로드1
12473정성태1/4/20219103.NET Framework: 993. .NET 런타임에 따라 달라지는 정적 필드의 초기화 유무 [1]파일 다운로드1
12472정성태1/3/20219392디버깅 기술: 178. windbg - 디버그 시작 시 스크립트 실행
12471정성태1/1/20219862.NET Framework: 992. C# - .NET Core 3.0 이상부터 제공하는 runtimeOptions의 rollForward 옵션 [1]
... 31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  [45]  ...