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https://github.com/jung-geun/PSO.git
synced 2025-12-19 20:44:39 +09:00
chore: 업데이트된 패키지 요구사항 반영
requirements.txt 파일에서 패키지 요구사항을 업데이트했습니다.
This commit is contained in:
235
pso/particle.py
235
pso/particle.py
@@ -1,6 +1,7 @@
|
||||
from typing import Any
|
||||
|
||||
import numpy as np
|
||||
from tensorflow import keras
|
||||
from typing import Any
|
||||
|
||||
|
||||
class Particle:
|
||||
@@ -40,7 +41,8 @@ class Particle:
|
||||
converge_reset (bool, optional): 조기 종료 사용 여부. Defaults to False.
|
||||
converge_reset_patience (int, optional): 조기 종료를 위한 기다리는 횟수. Defaults to 10.
|
||||
"""
|
||||
self.model = model
|
||||
self.set_model(model)
|
||||
self.weights = self._encode(model.get_weights())
|
||||
self.loss = loss
|
||||
|
||||
try:
|
||||
@@ -61,11 +63,12 @@ class Particle:
|
||||
print(e)
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||||
exit(1)
|
||||
|
||||
self.velocities = np.zeros(len(self.weights))
|
||||
self.__reset_particle()
|
||||
self.best_weights = self.get_weights()
|
||||
self.best_weights = self.weights
|
||||
self.negative = negative
|
||||
self.mutation = mutation
|
||||
self.best_score = [np.inf, 0, np.inf]
|
||||
self.local_best_score = [np.inf, 0, np.inf]
|
||||
self.score_history = []
|
||||
self.converge_reset = converge_reset
|
||||
self.converge_reset_patience = converge_reset_patience
|
||||
@@ -78,10 +81,22 @@ class Particle:
|
||||
del self.loss
|
||||
del self.velocities
|
||||
del self.negative
|
||||
del self.best_score
|
||||
del self.local_best_score
|
||||
del self.best_weights
|
||||
Particle.count -= 1
|
||||
|
||||
def set_shape(self, weights: list):
|
||||
"""
|
||||
가중치의 shape을 설정
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
weights (list): keras model의 가중치
|
||||
"""
|
||||
self.shape = [layer.shape for layer in weights]
|
||||
|
||||
def get_shape(self):
|
||||
return self.shape
|
||||
|
||||
def _encode(self, weights: list):
|
||||
"""
|
||||
가중치를 1차원으로 풀어서 반환
|
||||
@@ -94,17 +109,13 @@ class Particle:
|
||||
(list) : 가중치의 원본 shape의 길이
|
||||
"""
|
||||
w_gpu = np.array([])
|
||||
length = []
|
||||
shape = []
|
||||
for layer in weights:
|
||||
shape.append(layer.shape)
|
||||
w_tmp = layer.reshape(-1)
|
||||
length.append(len(w_tmp))
|
||||
w_gpu = np.append(w_gpu, w_tmp)
|
||||
|
||||
return w_gpu, shape, length
|
||||
return w_gpu
|
||||
|
||||
def _decode(self, weight: list, shape, length):
|
||||
def _decode(self, weight: np.ndarray):
|
||||
"""
|
||||
_encode 로 인코딩된 가중치를 원본 shape으로 복원
|
||||
파라미터는 encode의 리턴값을 그대로 사용을 권장
|
||||
@@ -118,15 +129,14 @@ class Particle:
|
||||
"""
|
||||
weights = []
|
||||
start = 0
|
||||
for i in range(len(shape)):
|
||||
end = start + length[i]
|
||||
for i in range(len(self.shape)):
|
||||
end = start + np.prod(self.shape[i])
|
||||
w_ = weight[start:end]
|
||||
w_ = np.reshape(w_, shape[i])
|
||||
w_ = np.reshape(w_, self.shape[i])
|
||||
weights.append(w_)
|
||||
start = end
|
||||
|
||||
del start, end, w_
|
||||
del shape, length
|
||||
del weight
|
||||
|
||||
return weights
|
||||
@@ -139,6 +149,7 @@ class Particle:
|
||||
|
||||
def set_model(self, model: keras.Model):
|
||||
self.model = model
|
||||
self.set_shape(self.model.get_weights())
|
||||
|
||||
def compile(self):
|
||||
if self.model is None:
|
||||
@@ -151,10 +162,9 @@ class Particle:
|
||||
)
|
||||
|
||||
def get_weights(self):
|
||||
if self.model is None:
|
||||
raise ValueError(self.MODEL_IS_NONE)
|
||||
weights = self._decode(self.weights)
|
||||
|
||||
return self.model.get_weights()
|
||||
return weights
|
||||
|
||||
def evaluate(self, x, y):
|
||||
if self.model is None:
|
||||
@@ -177,17 +187,17 @@ class Particle:
|
||||
|
||||
score = self.evaluate(x, y)
|
||||
if renewal == "loss":
|
||||
if score[0] < self.best_score[0]:
|
||||
self.best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.get_weights()
|
||||
if score[0] < self.local_best_score[0]:
|
||||
self.local_best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.weights
|
||||
elif renewal == "acc":
|
||||
if score[1] > self.best_score[1]:
|
||||
self.best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.get_weights()
|
||||
if score[1] > self.local_best_score[1]:
|
||||
self.local_best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.weights
|
||||
elif renewal == "mse":
|
||||
if score[2] < self.best_score[2]:
|
||||
self.best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.get_weights()
|
||||
if score[2] < self.local_best_score[2]:
|
||||
self.local_best_score = score
|
||||
self.best_weights = self.weights
|
||||
else:
|
||||
raise ValueError("renewal must be 'acc' or 'loss' or 'mse'")
|
||||
|
||||
@@ -234,12 +244,10 @@ class Particle:
|
||||
loss=self.loss,
|
||||
metrics=["accuracy", "mse"],
|
||||
)
|
||||
i_w_, i_s, i_l = self._encode(self.get_weights())
|
||||
self.weights = self._encode(self.model.get_weights())
|
||||
rng = np.random.default_rng()
|
||||
i_w_ = rng.uniform(-0.1, 0.1, len(i_w_))
|
||||
self.velocities = self._decode(i_w_, i_s, i_l)
|
||||
self.velocities = rng.uniform(-0.2, 0.2, len(self.weights))
|
||||
|
||||
del i_w_, i_s, i_l
|
||||
self.score_history = []
|
||||
|
||||
def _velocity_calculation(self, local_rate, global_rate, w):
|
||||
@@ -251,10 +259,12 @@ class Particle:
|
||||
global_rate (float): 전역 최적해의 영향력
|
||||
w (float): 현재 속도의 영향력 - 관성 | 0.9 ~ 0.4 이 적당
|
||||
"""
|
||||
encode_w, w_sh, w_len = self._encode(weights=self.get_weights())
|
||||
encode_v, v_sh, v_len = self._encode(weights=self.velocities)
|
||||
encode_p, p_sh, p_len = self._encode(weights=self.best_weights)
|
||||
encode_g, g_sh, g_len = self._encode(weights=Particle.g_best_weights)
|
||||
# 0회차 전역 최적해가 없을 경우 현재 파티클의 최적해로 설정 - 전역최적해의 방향을 0으로 만들기 위함
|
||||
best_particle_weights = (
|
||||
self.best_weights
|
||||
if Particle.g_best_weights is None
|
||||
else Particle.g_best_weights
|
||||
)
|
||||
|
||||
rng = np.random.default_rng(seed=42)
|
||||
r_0 = rng.random()
|
||||
@@ -263,9 +273,9 @@ class Particle:
|
||||
if self.negative:
|
||||
# 지역 최적해와 전역 최적해를 음수로 사용하여 전역 탐색을 유도
|
||||
new_v = (
|
||||
w * encode_v
|
||||
+ local_rate * r_0 * (encode_p - encode_w)
|
||||
- global_rate * r_1 * (encode_g - encode_w)
|
||||
w * self.velocities
|
||||
+ local_rate * r_0 * (self.best_weights - self.weights)
|
||||
- global_rate * r_1 * (best_particle_weights - self.weights)
|
||||
)
|
||||
if (
|
||||
len(self.score_history) > 10
|
||||
@@ -274,81 +284,35 @@ class Particle:
|
||||
self.__reset_particle()
|
||||
|
||||
else:
|
||||
# 전역 최적해의 acc 가 높을수록 더 빠르게 수렴
|
||||
# 하지만 loss 가 커진 상태에서는 전역 최적해의 영향이
|
||||
new_v = (
|
||||
w * encode_v
|
||||
+ local_rate * r_0 * (encode_p - encode_w)
|
||||
+ global_rate * r_1 * (encode_g - encode_w)
|
||||
w * self.velocities
|
||||
+ local_rate
|
||||
* self.local_best_score[1]
|
||||
* r_0
|
||||
* (self.best_weights - self.weights)
|
||||
+ global_rate
|
||||
* Particle.g_best_score[1]
|
||||
* r_1
|
||||
* (best_particle_weights - self.weights)
|
||||
)
|
||||
|
||||
if rng.random() < self.mutation:
|
||||
m_v = rng.uniform(-0.1, 0.1, len(encode_v))
|
||||
if self.mutation != 0.0 and rng.random() < self.mutation:
|
||||
m_v = rng.uniform(-0.2, 0.2, len(self.velocities))
|
||||
new_v = m_v
|
||||
|
||||
self.velocities = self._decode(new_v, w_sh, w_len)
|
||||
self.velocities = new_v
|
||||
|
||||
del encode_w, w_sh, w_len
|
||||
del encode_v, v_sh, v_len
|
||||
del encode_p, p_sh, p_len
|
||||
del encode_g, g_sh, g_len
|
||||
del r_0, r_1
|
||||
|
||||
def _velocity_calculation_w(self, local_rate, global_rate, w, w_p, w_g):
|
||||
"""
|
||||
현재 속도 업데이트
|
||||
기본 업데이트의 변형으로 지역 최적해와 전역 최적해를 분산시켜 조기 수렴을 방지
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
local_rate (float): 지역 최적해의 영향력
|
||||
global_rate (float): 전역 최적해의 영향력
|
||||
w (float): 현재 속도의 영향력 - 관성 | 0.9 ~ 0.4 이 적당
|
||||
w_p (float): 지역 최적해의 분산 정도
|
||||
w_g (float): 전역 최적해의 분산 정도
|
||||
"""
|
||||
encode_w, w_sh, w_len = self._encode(weights=self.get_weights())
|
||||
encode_v, v_sh, v_len = self._encode(weights=self.velocities)
|
||||
encode_p, p_sh, p_len = self._encode(weights=self.best_weights)
|
||||
encode_g, g_sh, g_len = self._encode(weights=Particle.g_best_weights)
|
||||
|
||||
rng = np.random.default_rng(seed=42)
|
||||
r_0 = rng.random()
|
||||
r_1 = rng.random()
|
||||
|
||||
if self.negative:
|
||||
new_v = (
|
||||
w * encode_v
|
||||
+ local_rate * r_0 * (w_p * encode_p - encode_w)
|
||||
- global_rate * r_1 * (w_g * encode_g - encode_w)
|
||||
)
|
||||
else:
|
||||
new_v = (
|
||||
w * encode_v
|
||||
+ local_rate * r_0 * (w_p * encode_p - encode_w)
|
||||
+ global_rate * r_1 * (w_g * encode_g - encode_w)
|
||||
)
|
||||
|
||||
if rng.random() < self.mutation:
|
||||
m_v = rng.uniform(-0.1, 0.1, len(encode_v))
|
||||
new_v = m_v
|
||||
|
||||
self.velocities = self._decode(new_v, w_sh, w_len)
|
||||
|
||||
del encode_w, w_sh, w_len
|
||||
del encode_v, v_sh, v_len
|
||||
del encode_p, p_sh, p_len
|
||||
del encode_g, g_sh, g_len
|
||||
del r_0, r_1
|
||||
|
||||
def _position_update(self):
|
||||
"""
|
||||
가중치 업데이트
|
||||
"""
|
||||
encode_w, w_sh, w_len = self._encode(weights=self.get_weights())
|
||||
encode_v, v_sh, v_len = self._encode(weights=self.velocities)
|
||||
new_w = encode_w + encode_v
|
||||
self.model.set_weights(self._decode(new_w, w_sh, w_len))
|
||||
new_w = np.add(self.weights, self.velocities)
|
||||
|
||||
del encode_w, w_sh, w_len
|
||||
del encode_v, v_sh, v_len
|
||||
self.model.set_weights(self._decode(new_w))
|
||||
|
||||
def step(self, x, y, local_rate, global_rate, w, renewal: str = "acc"):
|
||||
"""
|
||||
@@ -399,58 +363,6 @@ class Particle:
|
||||
|
||||
return score
|
||||
|
||||
def step_w(self, x, y, local_rate, global_rate, w, w_p, w_g, renewal: str = "acc"):
|
||||
"""
|
||||
파티클의 한 스텝을 진행합니다.
|
||||
기본 스텝의 변형으로, 지역최적해와 전역최적해의 분산 정도를 조정할 수 있습니다
|
||||
|
||||
Args:
|
||||
x (list): 입력 데이터
|
||||
y (list): 출력 데이터
|
||||
local_rate (float): 지역 최적해의 영향력
|
||||
global_rate (float): 전역 최적해의 영향력
|
||||
w (float): 관성
|
||||
g_best (list): 전역 최적해
|
||||
w_p (float): 지역 최적해의 분산 정도
|
||||
w_g (float): 전역 최적해의 분산 정도
|
||||
renewal (str, optional): 최고점수 갱신 방식. Defaults to "acc" | "acc" or "loss"
|
||||
|
||||
Returns:
|
||||
float: 현재 파티클의 점수
|
||||
"""
|
||||
self._velocity_calculation_w(local_rate, global_rate, w, w_p, w_g)
|
||||
self._position_update()
|
||||
|
||||
score = self.get_score(x, y, renewal)
|
||||
|
||||
if self.converge_reset and self.__check_converge_reset(
|
||||
score,
|
||||
self.converge_reset_monitor,
|
||||
self.converge_reset_patience,
|
||||
self.converge_reset_min_delta,
|
||||
):
|
||||
self.__reset_particle()
|
||||
score = self.get_score(x, y, renewal)
|
||||
|
||||
while (
|
||||
np.isnan(score[0])
|
||||
or np.isnan(score[1])
|
||||
or np.isnan(score[2])
|
||||
or score[0] == 0
|
||||
or score[1] == 0
|
||||
or score[2] == 0
|
||||
or np.isinf(score[0])
|
||||
or np.isinf(score[1])
|
||||
or np.isinf(score[2])
|
||||
or score[0] > 1000
|
||||
or score[1] > 1
|
||||
or score[2] > 1000
|
||||
):
|
||||
self.__reset_particle()
|
||||
score = self.get_score(x, y, renewal)
|
||||
|
||||
return score
|
||||
|
||||
def get_best_score(self):
|
||||
"""
|
||||
파티클의 최고점수를 반환합니다.
|
||||
@@ -458,7 +370,7 @@ class Particle:
|
||||
Returns:
|
||||
float: 최고점수
|
||||
"""
|
||||
return self.best_score
|
||||
return self.local_best_score
|
||||
|
||||
def get_best_weights(self):
|
||||
"""
|
||||
@@ -467,11 +379,11 @@ class Particle:
|
||||
Returns:
|
||||
list: 가중치 리스트
|
||||
"""
|
||||
return self.best_weights
|
||||
return self._decode(self.best_weights)
|
||||
|
||||
def set_global_score(self):
|
||||
"""전역 최고점수를 현재 파티클의 최고점수로 설정합니다"""
|
||||
Particle.g_best_score = self.best_score
|
||||
Particle.g_best_score = self.local_best_score
|
||||
|
||||
def set_global_weights(self):
|
||||
"""전역 최고점수를 받은 가중치를 현재 파티클의 최고점수를 받은 가중치로 설정합니다"""
|
||||
@@ -484,8 +396,15 @@ class Particle:
|
||||
|
||||
def check_global_best(self, renewal: str = "loss"):
|
||||
if (
|
||||
(renewal == "loss" and self.best_score[0] < Particle.g_best_score[0])
|
||||
or (renewal == "acc" and self.best_score[1] > Particle.g_best_score[1])
|
||||
or (renewal == "mse" and self.best_score[2] < Particle.g_best_score[2])
|
||||
(renewal == "loss" and self.local_best_score[0] < Particle.g_best_score[0])
|
||||
or (
|
||||
renewal == "acc" and self.local_best_score[1] > Particle.g_best_score[1]
|
||||
)
|
||||
or (
|
||||
renewal == "mse" and self.local_best_score[2] < Particle.g_best_score[2]
|
||||
)
|
||||
):
|
||||
self.update_global_best()
|
||||
|
||||
|
||||
# 끝
|
||||
|
||||
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