De belangrijkste onderwerpen die in deze cursus zijn besproken, worden hieronder samengevat. Het overzichtsmateriaal is aan het einde van deze pagina te downloaden.

Tensorflow-installatie

Installatie

pip install tensorflow

Importeren

# Import the TensorFlow library with the alias tf
import tensorflow as tf

Tensor Types

Eenvoudige tensorcreatie

# Create a 1D tensor
tensor_1D = tf.constant([1, 2, 3])

# Create a 2D tensor
tensor_2D = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# Create a 3D tensor
tensor_3D = tf.constant([[[1, 2], [3, 4]], [[5, 6],[7, 8]]])

Tensor-eigenschappen

• Rang: geeft het aantal dimensies in de tensor aan. Een matrix heeft bijvoorbeeld een rang van 2. De rang van de tensor is op te vragen met het .ndim attribuut:

print(f'Rank of a tensor: {tensor.ndim}')

• Vorm: beschrijft hoeveel waarden er in elke dimensie zijn. Een 2x3 matrix heeft een vorm van (2, 3). De lengte van de vormparameter komt overeen met de rang van de tensor (het aantal dimensies). De vorm van de tensor is op te vragen met het .shape attribuut:

print(f'Shape of a tensor: {tensor.shape}')

• Types: Tensors bestaan in verschillende datatypes. Veelvoorkomende types zijn onder andere float32, int32 en string. Het datatype van de tensor is op te vragen met het .dtype attribuut:

print(f'Data type of a tensor: {tensor.dtype}')

Tensor-assen

Toepassingen van tensors

• Table Data

• Tekstreeksen

• Numerieke reeksen

• Beeldverwerking

• Videobewerking

Batches

Methoden voor het aanmaken van tensors

# Create a 2x2 constant tensor
tensor_const = tf.constant([[1, 2], [3, 4]])

# Create a variable tensor
tensor_var = tf.Variable([[1, 2], [3, 4]])

# Zero tensor of shape (3, 3)
tensor_zeros = tf.zeros((3, 3))

# Ones tensor of shape (2, 2)
tensor_ones = tf.ones((2, 2))

# Tensor of shape (2, 2) filled with 6
tensor_fill = tf.fill((2, 2), 6)

# Generate a sequence of numbers starting from 0, ending at 9
tensor_range = tf.range(10)

# Create 5 equally spaced values between 0 and 10
tensor_linspace = tf.linspace(0, 10, 5)

# Tensor of shape (2, 2) with random values normally distributed 
tensor_random = tf.random.normal((2, 2), mean=4, stddev=0.5)

# Tensor of shape (2, 2) with random values uniformly distributed 
tensor_random = tf.random.uniform((2, 2), minval=-2, maxval=2)

Conversies

• NumPy naar Tensor

# Create a NumPy array based on a Python list
numpy_array = np.array([[1, 2], [3, 4]])

# Convert a NumPy array to a tensor
tensor_from_np = tf.convert_to_tensor(numpy_array)

• Pandas naar Tensor

# Create a DataFrame based on dictionary
df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': [3, 4]})

# Convert a DataFrame to a tensor
tensor_from_df = tf.convert_to_tensor(df.values)

• Constante Tensor naar een Variabele Tensor

# Create a variable from a tensor
tensor = tf.random.normal((2, 3))
variable_1 = tf.Variable(tensor)

# Create a variable based on other generator
variable_2 = tf.Variable(tf.zeros((2, 2)))

Gegevenstypen

# Creating a tensor of type float16
tensor_float = tf.constant([1.2, 2.3, 3.4], dtype=tf.float16)

# Convert tensor_float from float32 to int32
tensor_int = tf.cast(tensor_float, dtype=tf.int32)

Rekenkundige bewerkingen

• Optelling

c1 = tf.add(a, b)  
c2 = a + b

# Changes the object inplace without creating a new one
a.assign_add(b)

• Aftrekking

c1 = tf.subtract(a, b)  
c2 = a - b 

# Inplace substraction
a.assign_sub(b)

• Elementgewijze vermenigvuldiging

c1 = tf.multiply(a, b)  
c2 = a * b

• Deling

c1 = tf.divide(a, b)  
c2 = a / b 

Broadcasting

Lineaire algebra

• Matrixvermenigvuldiging

product1 = tf.matmul(matrix1, matrix2)
product2 = matrix1 @ matrix2

• Matrixinversie

inverse_mat = tf.linalg.inv(matrix)

• Transponeren

transposed = tf.transpose(matrix)

• Inwendig product

# Dot product along axes
dot_product_axes1 = tf.tensordot(matrix1, matrix2, axes=1)
dot_product_axes0 = tf.tensordot(matrix1, matrix2, axes=0)

Reshapen

# Create a tensor with shape (3, 2)
tensor = tf.constant([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])

# Reshape the tensor to shape (2, 3)
reshaped_tensor = tf.reshape(tensor, (2, 3))

Slicing

# Create a tensor
tensor = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# Slice tensor to extract sub-tensor from index (0, 1) of size (1, 2)
sliced_tensor = tf.slice(tensor, begin=(0, 1), size=(1, 2))

# Slice tensor to extract sub-tensor from index (1, 0) of size (2, 2)
sliced_tensor = tf.slice(tensor, (1, 0), (2, 2))

Wijzigen met slicing

# Create a tensor
tensor = tf.Variable([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# Change the entire first row 
tensor[0, :].assign([0, 0, 0])

# Modify the second and the third columns 
tensor[:, 1:3].assign(tf.fill((3,2), 1))

Samenvoegen

# Create two tensors
tensor1 = tf.constant([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
tensor2 = tf.constant([[7, 8, 9]])

# Concatenate tensors vertically (along rows)
concatenated_tensor = tf.concat([tensor1, tensor2], axis=0)

# Concatenate tensors horizontally (along columns)
concatenated_tensor = tf.concat([tensor3, tensor4], axis=1)

Reductieoperaties

# Calculate sum of all elements
total_sum = tf.reduce_sum(tensor)

# Calculate mean of all elements
mean_val = tf.reduce_mean(tensor)

# Determine the maximum value
max_val = tf.reduce_max(tensor)

# Find the minimum value
min_val = tf.reduce_min(tensor)

Gradient Tape

# Define input variables
x = tf.Variable(tf.fill((2, 3), 3.0))
z = tf.Variable(5.0)

# Start recording the operations
with tf.GradientTape() as tape:
    # Define the calculations
    y = tf.reduce_sum(x * x + 2 * z)
    
# Extract the gradient for the specific inputs (x and z)
grad = tape.gradient(y, [x, z])

print(f"The gradient of y with respect to x is:\n{grad[0].numpy()}")
print(f"The gradient of y with respect to z is: {grad[1].numpy()}")

@tf.function

@tf.function
def compute_gradient_conditional(x):
    with tf.GradientTape() as tape:
        if tf.reduce_sum(x) > 0:
            y = x * x
        else:
            y = x * x * x
    return tape.gradient(y, x)

x = tf.constant([-2.0, 2.0])
grad = compute_gradient_conditional(x)
print(f"The gradient at x = {x.numpy()} is {grad.numpy()}")