lab-05-2-logistic_regression_diabetes-eager.ipynb

{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Lab 05 Logistic Classification (diabetes) - Eager Execution\n",
    "* Logistic Classfication을 diabetes data를 활용하여 모델을 만들어 보도록 하겠습니다\n",
    "### 기본 Library 선언 및 Tensorflow 버전 확인"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "1.12.0\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "import numpy as np\n",
    "import matplotlib.pyplot as plt\n",
    "%matplotlib inline\n",
    "import tensorflow as tf\n",
    "\n",
    "tf.enable_eager_execution()\n",
    "tf.set_random_seed(777)  # for reproducibility\n",
    "print(tf.__version__)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 강의에 설명할 Data입니다"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "metadata": {
    "scrolled": true
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "(759, 8) (759, 1)\n",
      "[[-0.294118   0.487437   0.180328  ... -0.53117   -0.0333333  0.       ]\n",
      " [-0.882353  -0.145729   0.0819672 ... -0.766866  -0.666667   1.       ]\n",
      " [-0.0588235  0.839196   0.0491803 ... -0.492741  -0.633333   0.       ]\n",
      " ...\n",
      " [-0.411765   0.21608    0.180328  ... -0.857387  -0.7        1.       ]\n",
      " [-0.882353   0.266332  -0.0163934 ... -0.768574  -0.133333   0.       ]\n",
      " [-0.882353  -0.0653266  0.147541  ... -0.797609  -0.933333   1.       ]]\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "xy = np.loadtxt('data-03-diabetes.csv', delimiter=',', dtype=np.float32)\n",
    "x_train = xy[:, 0:-1]\n",
    "y_train = xy[:, [-1]]\n",
    "\n",
    "print(x_train.shape, y_train.shape)\n",
    "print(xy)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "##  Tensorflow Eager\n",
    "### 위 Data를 기준으로 가설의 검증을 통해 Logistic Classification 모델을 만들도록 하겠습니다\n",
    "* Tensorflow data API를 통해 학습시킬 값들을 담는다 (Batch Size는 한번에 학습시킬 Size로 정한다)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_train, y_train)).batch(len(x_train))"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 위 Data를 기준으로 가설의 검증을 통해 Logistic Classification 모델을 만들도록 하겠습니다\n",
    "* W와 b은 학습을 통해 생성되는 모델에 쓰이는 Wegith와 Bias (초기값을 variable : 0이나 Random값으로 가능 tf.random_normal([2, 1]) )"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 4,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "W = tf.Variable(tf.random_normal([8, 1]), name='weight')\n",
    "b = tf.Variable(tf.random_normal([1]), name='bias')"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Sigmoid 함수를 가설로 선언합니다\n",
    "* Sigmoid는 아래 그래프와 같이 0과 1의 값만을 리턴합니다 tf.sigmoid(tf.matmul(X, W) + b)와 같습니다\n",
    "\n",
    "$$\n",
    "\\begin{align}\n",
    "sigmoid(x) & = \\frac{1}{1+e^{-x}}  \\\\\\\\\\\n",
    "\\end{align}\n",
    "$$\n",
    "\n",
    "![sigmoid](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Logistic-curve.svg)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 5,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "def logistic_regression(features):\n",
    "    hypothesis  = tf.div(1., 1. + tf.exp(tf.matmul(features, W) + b))\n",
    "    return hypothesis"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 가설을 검증할 Cost 함수를 정의합니다\n",
    "$$\n",
    "\\begin{align}\n",
    "cost(h(x),y) & = −log(h(x))  &  if  &  y=1 \\\\\\\\\\\n",
    "cost(h(x),y) & = -log(1−h(x))  &  if  &  y=0\n",
    "\\end{align}\n",
    "$$"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "* 위 두수식을 합치면 아래과 같습니다\n",
    "$$\n",
    "\\begin{align}\n",
    "cost(h(x),y) & = −y log(h(x))−(1−y)log(1−h(x))\n",
    "\\end{align}\n",
    "$$"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 6,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "def loss_fn(hypothesis, features, labels):\n",
    "    cost = -tf.reduce_mean(labels * tf.log(logistic_regression(features)) + (1 - labels) * tf.log(1 - hypothesis))\n",
    "    return cost\n",
    "\n",
    "optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.01)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 추론한 값은 0.5를 기준(Sigmoid 그래프 참조)로 0과 1의 값을 리턴합니다.\n",
    "* Sigmoid 함수를 통해 예측값이 0.5보다 크면 1을 반환하고 0.5보다 작으면 0으로 반환합니다."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 7,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "def accuracy_fn(hypothesis, labels):\n",
    "    predicted = tf.cast(hypothesis > 0.5, dtype=tf.float32)\n",
    "    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(tf.equal(predicted, labels), dtype=tf.int32))\n",
    "    return accuracy"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### GradientTape를 통해 경사값을 계산합니다."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 8,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "def grad(hypothesis, features, labels):\n",
    "    with tf.GradientTape() as tape:\n",
    "        loss_value = loss_fn(logistic_regression(features),features,labels)\n",
    "    return tape.gradient(loss_value, [W,b])"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Tensorflow를 통한 실행을 위해 Session를 선언합니다.\n",
    "* 위의 Data를 Cost함수를 통해 학습시킨 후 모델을 생성합니다. "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 9,
   "metadata": {
    "scrolled": true
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "Iter: 0, Loss: 0.6556\n",
      "Iter: 100, Loss: 0.6188\n",
      "Iter: 200, Loss: 0.5980\n",
      "Iter: 300, Loss: 0.5854\n",
      "Iter: 400, Loss: 0.5769\n",
      "Iter: 500, Loss: 0.5704\n",
      "Iter: 600, Loss: 0.5648\n",
      "Iter: 700, Loss: 0.5599\n",
      "Iter: 800, Loss: 0.5555\n",
      "Iter: 900, Loss: 0.5513\n",
      "Iter: 1000, Loss: 0.5475\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "EPOCHS = 1001\n",
    "\n",
    "for step in range(EPOCHS):\n",
    "    for features, labels  in iter(dataset):\n",
    "        grads = grad(logistic_regression(features), features, labels)\n",
    "        optimizer.apply_gradients(grads_and_vars=zip(grads,[W,b]))\n",
    "        if step % 100 == 0:\n",
    "            print(\"Iter: {}, Loss: {:.4f}\".format(step, loss_fn(logistic_regression(features),features,labels)))"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": []
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.6.7"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}