Keras fit_generator详解

一、fit_generator函数简介

Keras中提供了fit函数和fit_generator函数用于模型训练。其中fit函数需要将所有的数据同时加载到内存中，而fit_generator则可以用于处理大规模数据集，将数据生成器和模型进行连接，使得训练数据逐渐被加载和释放，不会占用过多的内存，同时可以实现套样本的无限循环。

fit_generator与fit的相同点在于，它们都是用于模型训练的方法，并且可以统计拟合过程中的性能指标，如accuracy、loss等，以便进行进一步优化。

二、使用fit_generator方法进行数据预处理

1、ImageDataGenerator数据扩充

使用ImageDataGenerator可以方便的进行数据扩充和处理，将原始图片转换成模型所需的输入格式。例如，先对图片进行标准化，然后进行缩放、旋转等多种操作，最后将数据转化成Keras的ndarray或tensorflow的tfrecord格式。同时在使用fit_generator进行训练的时候，也可以通过调整ImageDataGenerator的参数对数据进行扩充。

from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
train_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255, shear_range=0.2, zoom_range=0.2, horizontal_flip=True)

2、数据生成器

将多个文件夹下的图片整合在一起，通过ImageDataGenerator生成数据生成器。这里需要指定每个文件夹下的类别名，以及图片的大小、批次数和生成器的batch_size等参数。

train_generator = train_datagen.flow_from_directory(directory='./data/train', target_size=(224, 224), batch_size=32, class_mode='binary')

三、使用fit_generator训练模型

1、调用fit_generator进行训练

调用fit_generator函数进行训练时，需要指定生成器、每个批次的大小和轮数等参数。

history = model.fit_generator(generator=train_generator, steps_per_epoch=100, epochs=20)

2、训练结果可视化

通过调用tf.keras.callbacks.Callback中的TensorBoard方法，可以将模型的训练过程绘制出来，以便更好地进行模型优化。

from keras.callbacks import TensorBoard
tensorboard = TensorBoard(log_dir='./logs', histogram_freq=0, write_grads=True, write_images=True)
history = model.fit_generator(generator=train_generator, steps_per_epoch=100, epochs=20, callbacks=[tensorboard])

四、fit_generator函数其他参数介绍

除了上面介绍的参数以外，还有其他参数可以在训练过程中进行调用。

1、validation_data

可以使用fit_generator函数的validation_data参数进行验证集的生成和预处理，以监控模型的泛化性能。

validation_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255)
validation_generator = validation_datagen.flow_from_directory(directory='./data/validation', target_size=(224, 224), batch_size=32, class_mode='binary')
history = model.fit_generator(generator=train_generator, steps_per_epoch=100, epochs=20, validation_data=validation_generator, validation_steps=50)

2、workers和use_multiprocessing

可以通过调用workers和use_multiprocessing参数，来使用多进程和多线程来加速数据生成器的生成速度。

history = model.fit_generator(generator=train_generator, steps_per_epoch=100, epochs=20, workers=8, use_multiprocessing=True)

五、小结

Keras的fit_generator功能可以很好地解决大规模数据训练的问题，并且可以通过ImageDataGenerator等工具对数据进行处理和扩充，通过多种参数的调整来进一步优化模型训练过程。