如何使用 tensorflow keras 在网络中一起使用嵌入层和其他特征列

Question

让我们考虑一个包含 6 列和 10 行的示例数据集。

在这 3 列中是数字，其余 3 列是分类变量。

分类列被转换为大小为 10x3 的多热编码数组。

我有我想要预测的目标列也是分类变量，它可以再次取 3 个可能的值。此列是一个热编码。

现在我想使用这个多热编码数组作为嵌入层的输入。嵌入层应输出 2 个单元。

然后我想使用数据集中的 3 个数字列和嵌入层的 2 个输出单元，总共 5 个单元作为隐藏层的输入。

这是我被困住的地方。我不知道如何使用 tensorflow keras 桥接嵌入层和我的其他特征列，也不知道如何为嵌入层和其他 2 个单元传递输入。

我已经用谷歌搜索过了。我尝试了以下代码，但仍然出现错误。 我猜 tf.keras 包中没有 Merge 层。

对此的任何帮助将不胜感激。

        import tensorflow as tf
        from tensorflow import keras
        import numpy as np

        num_data = np.random.random(size=(10,3))
        multi_hot_encode_data = np.random.randint(0,2, 30).reshape(10,3)
        target =  np.eye(3)[np.random.randint(0,3, 10)]

        model = keras.Sequential()
        model.add(keras.layers.Embedding(input_dim=multi_hot_encode_data.shape[1], output_dim=2))
        model.add(keras.layers.Dense(3, activation=tf.nn.relu, input_shape=(num_data.shape[1],)))
        model.add(keras.layers.Dense(3, activation=tf.nn.softmax)

        model.compile(optimizer=tf.train.RMSPropOptimizer(0.01),
                      loss=keras.losses.categorical_crossentropy,
                      metrics=[keras.metrics.categorical_accuracy])

        #model.fit([multi_hot_encode_data, num_data], target)   # I get error here 

我的网络结构将是

    multi-hot-encode-input  num_data_input 
            |                   |
            |                   |
            |                   |
        embedding_layer         |
            |                   |
            |                   | 
             \                 /        
               \              / 
              dense_hidden_layer
                     | 
                     | 
                  output_layer 

Answer 1

这种“合并”模式与顺序模型不兼容。我认为使用带有keras.Model 而不是keras.Sequential (short explanation of main differences) 的功能性keras API 更容易：

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import numpy as np

num_data = np.random.random(size=(10,3))
multi_hot_encode_data = np.random.randint(0,2, 30).reshape(10,3)
target =  np.eye(3)[np.random.randint(0,3, 10)]

# Use Input layers, specify input shape (dimensions except first)
inp_multi_hot = keras.layers.Input(shape=(multi_hot_encode_data.shape[1],))
inp_num_data = keras.layers.Input(shape=(num_data.shape[1],))
# Bind nulti_hot to embedding layer
emb = keras.layers.Embedding(input_dim=multi_hot_encode_data.shape[1], output_dim=2)(inp_multi_hot)  
# Also you need flatten embedded output of shape (?,3,2) to (?, 6) -
# otherwise it's not possible to concatenate it with inp_num_data
flatten = keras.layers.Flatten()(emb)
# Concatenate two layers
conc = keras.layers.Concatenate()([flatten, inp_num_data])
dense1 = keras.layers.Dense(3, activation=tf.nn.relu, )(conc)
# Creating output layer
out = keras.layers.Dense(3, activation=tf.nn.softmax)(dense1)
model = keras.Model(inputs=[inp_multi_hot, inp_num_data], outputs=out)

model.compile(optimizer=tf.train.RMSPropOptimizer(0.01),
              loss=keras.losses.categorical_crossentropy,
              metrics=[keras.metrics.categorical_accuracy])

• 您可以在连接之前将嵌入层的输出展平，或者 numeric_data 应该具有兼容的形状和至少三个维度
• 在层之后定义功能模型。输入和输出可以是单层或可迭代的层

model.summary 的输出：

__________________________________________________________________________________________________
Layer (type)                    Output Shape         Param #     Connected to                     
==================================================================================================
input_5 (InputLayer)            (None, 3)            0                                            
__________________________________________________________________________________________________
embedding_2 (Embedding)         (None, 3, 2)         6           input_5[0][0]                    
__________________________________________________________________________________________________
flatten (Flatten)               (None, 6)            0           embedding_2[0][0]                
__________________________________________________________________________________________________
input_6 (InputLayer)            (None, 3)            0                                            
__________________________________________________________________________________________________
concatenate_2 (Concatenate)     (None, 9)            0           flatten[0][0]                    
                                                                 input_6[0][0]                    
__________________________________________________________________________________________________
dense (Dense)                   (None, 3)            30          concatenate_2[0][0]              
__________________________________________________________________________________________________
dense_1 (Dense)                 (None, 3)            12          dense[0][0]                      
==================================================================================================
Total params: 48
Trainable params: 48
Non-trainable params: 0
__________________________________________________________________________________________________

另外，它很适合：

model.fit([multi_hot_encode_data, num_data], target)
Epoch 1/1
10/10 [==============================] - 0s 34ms/step - loss: 1.0623 - categorical_accuracy: 0.3000