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7.c Validación

Hasta ahora hemos visto como definir una red neuronal y como entrenarla. El último paso que nos queda es saber si la red ha funcionado correctamente. Pero ¿Eso no se hacía con la función de coste? Pues no exactamente. La función de coste se usa para ayudar a ajustar los parámetros durante el entrenamiento mediante los datos de entrada pero no para saber si el modelo es bueno. Para saber si el modelo es bueno , se usan las métricas.

Las métricas son muy parecidas a las funciones de coste pero hay métricas que no existen como función de coste. El muchos casos la métrica será la misma que la función de coste.

En el método fit de Keras tenemos un nuevo parámetro para indicar la métrica llamado metrics que contiene un array con todas las métricas que queremos tener en nuestra red mientras se va entrenando 

model.compile(loss="binary_crossentropy",optimizer=tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01),metrics=["AUC"])
history=model.fit(x,y_true,epochs=20,verbose=False)

Para obtener los valores de la métrica en cada época se usa la siguiente línea 

history.history['auc']
history.history['val_auc']

Validación

Acabamos de ver que entrenando la red neuronal , el error se consigue bajar a prácticamente cero. Es decir que los valores de los parámetros , pesos (weight) y sesgos bias, debe ser muy buenos. No exactamente. Resulta que los parámetros se han ajustado a los datos que le hemos pasado, pero ¿Como es de bueno el modelo para nuevos datos que no ha visto? Realmente ver como se comporta con datos nuevos y con los datos que ha ya visto es lo que nos va a decir como es de bueno nuestro modelo. Así que pasemos a ver como sacar las métricas también con datos nuevos.

Lo primero es averiguar de donde obtenemos nuevos datos. Normalmente no tenemos nuevos datos así que lo que hacemos es que solo vamos a entrenar nuestra red neuronal con el 80% de los datos y el 20% restante los guardaremos para validar la red neuronal. Eso lo vamos a hacer con la función train_test_split de scikit-learn 

from sklearn.model_selection import train_test_split

x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y_true, test_size=0.2, random_state=42)

La función train_test_split tiene los siguientes argumentos:

Y ahora a Keras se los tenemos que pasar así: 

history=model.fit(x_train,y_train,validation_data=(x_test,y_test),epochs=epochs,verbose=False)

Lo datos de entrenamiento se pasan igual que antes pero los de validación se pasan en en un tupla en un parámetro llamado validation_data.

Por último tenemos que obtener la métrica para los datos de validación. Se obtiene igual que antes pero el nombre de la métrica empieza por val_ 

history.history['val_binary_accuracy']

Veamos un ejemplo completo: 

import numpy as np
import tensorflow as tf
import numpy as np
import pandas as pd
import keras
import random
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from sklearn.datasets import load_iris
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.model_selection import train_test_split

iris=load_iris()
x=iris.data[0:99,2]
y_true=iris.target[0:99]

np.random.seed(5)
tf.random.set_seed(5)
random.seed(5)  

x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y_true, test_size=0.2, random_state=42)

model=Sequential()
model.add(Dense(3, input_dim=1,activation="sigmoid",kernel_initializer="glorot_normal"))
model.add(Dense(1,activation="sigmoid",kernel_initializer="glorot_normal"))
model.compile(loss="binary_crossentropy",optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.01),metrics=["binary_accuracy"])
history=model.fit(x_train,y_train,validation_data=(x_test,y_test),epochs=40,verbose=False)

figure=plt.figure(figsize=(8,6))
axes = figure.add_subplot()

axes.plot(history.history['binary_accuracy'],label="Entrenamiento "+str(history.history['binary_accuracy'][-1]))
axes.plot(history.history['val_binary_accuracy'],label="Validación "+str(history.history['val_binary_accuracy'][-1]))

axes.legend()
axes.set_xlabel('Época', fontsize=15,labelpad=20,color="#003B80")  
axes.set_ylabel('Valor métrica', fontsize=15,labelpad=20,color="#003B80")
axes.set_facecolor("#F0F7FF")
axes.grid(b=True, which='major', axis='both',color="#FFFFFF",linewidth=1)

Podemos ver en el gráfico que la métrica es muy similar con los datos de validación que con los de entrenamiento. otro detalle importante es que las métricas suelen ser buenas si su valor es 1 (al contrario de las funciones de pérdida en la que lo bueno era un 0)

Hemos visto a lo largo del curso que tenemos problemas de regresión y de clasificación, así que vamos a tener métricas para los 2 tipos de problemas.