Réseaux de Neurones Profonds : Guide Complet
Découvrez les architectures de réseaux de neurones profonds, leurs applications et les techniques d'optimisation.
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Réseaux de Neurones Profonds : Guide Complet
Les réseaux de neurones profonds sont au cœur des avancées récentes en Intelligence Artificielle. Ce guide explore leurs architectures et applications.
1. Architectures Fondamentales
Réseau de Neurones Simple
# Exemple d'implémentation d'un réseau de neurones simple
import torch
import torch.nn as nn
class SimpleNN(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
super().__init__()
self.layer1 = nn.Linear(input_size, hidden_size)
self.layer2 = nn.Linear(hidden_size, output_size)
self.relu = nn.ReLU()
def forward(self, x):
x = self.relu(self.layer1(x))
x = self.layer2(x)
return x
Réseau de Neurones Convolutif
# Exemple d'implémentation d'un CNN
class CNN(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.conv1 = nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=3, padding=1)
self.conv2 = nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=3, padding=1)
self.conv3 = nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=3, padding=1)
self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)
self.fc1 = nn.Linear(64 * 4 * 4, 512)
self.fc2 = nn.Linear(512, 10)
self.relu = nn.ReLU()
def forward(self, x):
x = self.pool(self.relu(self.conv1(x)))
x = self.pool(self.relu(self.conv2(x)))
x = self.pool(self.relu(self.conv3(x)))
x = x.view(-1, 64 * 4 * 4)
x = self.relu(self.fc1(x))
x = self.fc2(x)
return x
2. Architectures Avancées
Réseau de Neurones Récurrent
# Exemple d'implémentation d'un RNN
class RNN(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size):
super().__init__()
self.hidden_size = hidden_size
self.num_layers = num_layers
self.rnn = nn.RNN(
input_size=input_size,
hidden_size=hidden_size,
num_layers=num_layers,
batch_first=True
)
self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size)
def forward(self, x):
h0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(x.device)
out, _ = self.rnn(x, h0)
out = self.fc(out[:, -1, :])
return out
Réseau de Neurones à Mémoire à Court Terme (LSTM)
# Exemple d'implémentation d'un LSTM
class LSTM(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size):
super().__init__()
self.hidden_size = hidden_size
self.num_layers = num_layers
self.lstm = nn.LSTM(
input_size=input_size,
hidden_size=hidden_size,
num_layers=num_layers,
batch_first=True
)
self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size)
def forward(self, x):
h0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(x.device)
c0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(x.device)
out, _ = self.lstm(x, (h0, c0))
out = self.fc(out[:, -1, :])
return out
3. Techniques d’Optimisation
Dropout et Régularisation
# Exemple d'implémentation avec dropout
class RegularizedNN(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
super().__init__()
self.layer1 = nn.Linear(input_size, hidden_size)
self.layer2 = nn.Linear(hidden_size, hidden_size)
self.layer3 = nn.Linear(hidden_size, output_size)
self.dropout = nn.Dropout(0.5)
self.relu = nn.ReLU()
def forward(self, x):
x = self.relu(self.layer1(x))
x = self.dropout(x)
x = self.relu(self.layer2(x))
x = self.dropout(x)
x = self.layer3(x)
return x
Batch Normalization
# Exemple d'implémentation avec batch normalization
class BatchNormNN(nn.Module):
def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size):
super().__init__()
self.layer1 = nn.Linear(input_size, hidden_size)
self.bn1 = nn.BatchNorm1d(hidden_size)
self.layer2 = nn.Linear(hidden_size, output_size)
self.bn2 = nn.BatchNorm1d(output_size)
self.relu = nn.ReLU()
def forward(self, x):
x = self.relu(self.bn1(self.layer1(x)))
x = self.bn2(self.layer2(x))
return x
4. Applications Pratiques
Classification d’Images
# Exemple de classification d'images avec ResNet
from torchvision.models import resnet50
def image_classification(image_path):
# Chargement du modèle pré-entraîné
model = resnet50(pretrained=True)
model.eval()
# Préparation de l'image
transform = transforms.Compose([
transforms.Resize(256),
transforms.CenterCrop(224),
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406],
std=[0.229, 0.224, 0.225])
])
image = transform(Image.open(image_path)).unsqueeze(0)
# Prédiction
with torch.no_grad():
outputs = model(image)
_, predicted = torch.max(outputs, 1)
return predicted.item()
Traitement du Langage Naturel
# Exemple de traitement de texte avec BERT
from transformers import BertTokenizer, BertModel
def text_processing(text):
# Chargement du modèle
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased')
model = BertModel.from_pretrained('bert-base-uncased')
# Tokenization
inputs = tokenizer(text, return_tensors="pt", padding=True, truncation=True)
# Prédiction
with torch.no_grad():
outputs = model(**inputs)
return outputs.last_hidden_state
5. Techniques d’Entraînement
Learning Rate Scheduling
# Exemple de learning rate scheduling
def train_with_scheduler(model, train_loader, epochs):
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters())
scheduler = torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(
optimizer, mode='min', factor=0.1, patience=5, verbose=True
)
for epoch in range(epochs):
model.train()
for batch in train_loader:
optimizer.zero_grad()
outputs = model(batch)
loss = criterion(outputs, targets)
loss.backward()
optimizer.step()
# Mise à jour du learning rate
scheduler.step(loss)
Early Stopping
# Exemple d'early stopping
class EarlyStopping:
def __init__(self, patience=7, min_delta=0):
self.patience = patience
self.min_delta = min_delta
self.counter = 0
self.best_loss = None
self.early_stop = False
def __call__(self, val_loss):
if self.best_loss is None:
self.best_loss = val_loss
elif val_loss > self.best_loss - self.min_delta:
self.counter += 1
if self.counter >= self.patience:
self.early_stop = True
else:
self.best_loss = val_loss
self.counter = 0
Conclusion
Les réseaux de neurones profonds offrent des capacités impressionnantes :
- Traitement d’images
- Traitement du langage naturel
- Prédiction de séries temporelles
- Génération de contenu
- Apprentissage par renforcement
Points clés à retenir :
- Comprendre les différentes architectures
- Maîtriser les techniques d’optimisation
- Gérer l’entraînement efficacement
- Évaluer les performances
- Suivre les bonnes pratiques
À propos de InSkillCoach
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