TensorFlow2.0を使ってFashion-MNISTを畳み込みニューラルネットワーク（CNN）で学習する（Data Augmentationの効果確認）

はじめに

前回、Data Augmentationのやり方を理解したため、前々回のモデルに対してData Augmentationを行うことでどうなるかを見ていきたいと思います。

環境

• Google Colaboratory
• TensorFlow 2.0 Alpha

コード

こちらです。
なぜかGitHub上ではうまく開けませんでした。GitHubのURLはこちらです。

コード解説

Data Augmentationの設定

from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator

#datagen = ImageDataGenerator()
datagen = ImageDataGenerator(rotation_range = 10, horizontal_flip = True, zoom_range = 0.1)

今回は回転、左右反転、ズームを行うことにしました。コメント行はData Augmentationを行わない場合と精度比較をするためのもので、どちらかをコメントアウトし実行するようにしました。

学習

import time

num_epoch = 80
start_time = time.time()

#train_accuracies = []
#test_accuracies = []
train_accuracies_with_da = []
test_accuracies_with_da = []


for epoch in range(num_epoch):    
    for image, label in dataset_train:
        for _image, _label in datagen.flow(image, label, batch_size = batch_size):
            train_step(_image, _label)
            break

    for test_image, test_label in dataset_test:
        test_step(test_image, test_label)

    #train_accuracies.append(train_accuracy.result())
    #test_accuracies.append(test_accuracy.result())
    train_accuracies_with_da.append(train_accuracy.result())
    test_accuracies_with_da.append(test_accuracy.result())


    template = 'Epoch {}, Loss: {}, Accuracy: {}, Test Loss: {}, Test Accuracy: {}, spent_time: {} min'
    spent_time = time.time() - start_time
    print(template.format(epoch + 1, train_loss.result(), train_accuracy.result() * 100, test_loss.result(), test_accuracy.result() * 100, spent_time / 60))

後ほどグラフ描画するため、train_accuracies_with_daやtest_accuracies_with_daに結果を保存しておきます。Data Augmentationしない場合は、コメントアウトを反転させ、train_accuraciesやtest_accuraciesに結果を保存します。

結果

80エポック訓練した結果、かろうじてData Augmentationした方が精度がよくなっており、Data Augmentationありの精度は92.2%でした。Train Accuracyの方はData Augmentationするかどうかで過学習度合いに差があるようです。

今回はそれほどData Augmentationの効果は大きくなかったのですが、どれだけの効果を発揮するのかは元のデータセットの数や特性に因ると思います。

次の取り組み

ResNetに取り組みたいと思います。