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電腦端+手機(jī)端+微信端=數(shù)據(jù)同步管理
免費(fèi)咨詢(xún)熱線(xiàn)：
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、簡(jiǎn)單的HTML和CSS樣式
2、JS代碼
3、結(jié)果（動(dòng)態(tài)生成需要自己試試）
選自Floydhub
作者：Emil Wallner
機(jī)器之心編譯
如何用前端頁(yè)面原型生成對(duì)應(yīng)的代碼一直是我們關(guān)注的問(wèn)題，本文作者根據(jù) pix2code 等論文構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的前端代碼生成模型，并詳細(xì)解釋了如何利用 LSTM 與 CNN 將設(shè)計(jì)原型編寫(xiě)為 HTML 和 CSS 網(wǎng)站。
項(xiàng)目鏈接：github.com/emilwallner…
在未來(lái)三年內(nèi)，深度學(xué)習(xí)將改變前端開(kāi)發(fā)。它將會(huì)加快原型設(shè)計(jì)速度，拉低開(kāi)發(fā)軟件的門(mén)檻。
Tony Beltramelli 在去年發(fā)布了論文《pix2code: Generating Code from a Graphical User Interface Screenshot》，Airbnb 也發(fā)布Sketch2code（airbnb.design/sketching-i…）。
目前，自動(dòng)化前端開(kāi)發(fā)的最大阻礙是計(jì)算能力。但我們已經(jīng)可以使用目前的深度學(xué)習(xí)算法，以及合成訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)探索人工智能自動(dòng)構(gòu)建前端的方法。在本文中，作者將教神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)基于一張圖片和一個(gè)設(shè)計(jì)模板來(lái)編寫(xiě)一個(gè) HTML 和 CSS 網(wǎng)站。以下是該過(guò)程的簡(jiǎn)要概述：
1）向訓(xùn)練過(guò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入一個(gè)設(shè)計(jì)圖
2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將圖片轉(zhuǎn)化為 HTML 標(biāo)記語(yǔ)言
3）渲染輸出
我們將分三步從易到難構(gòu)建三個(gè)不同的模型，首先，我們構(gòu)建最簡(jiǎn)單地版本來(lái)掌握移動(dòng)部件。第二個(gè)版本 HTML 專(zhuān)注于自動(dòng)化所有步驟，并簡(jiǎn)要解釋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層。在最后一個(gè)版本 Bootstrap 中，我們將創(chuàng)建一個(gè)模型來(lái)思考和探索 LSTM 層。
代碼地址：
所有 FloydHub notebook 都在 floydhub 目錄中，本地 notebook 在 local 目錄中。
本文中的模型構(gòu)建基于 Beltramelli 的論文《pix2code: Generating Code from a Graphical User Interface Screenshot》和 Jason Brownlee 的圖像描述生成教程，并使用 Python 和 Keras 完成。
核心邏輯
我們的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠生成與截圖對(duì)應(yīng)的 HTML/CSS 標(biāo)記語(yǔ)言。
訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，你先提供幾個(gè)截圖和對(duì)應(yīng)的 HTML 代碼。網(wǎng)絡(luò)通過(guò)逐個(gè)預(yù)測(cè)所有匹配的 HTML 標(biāo)記語(yǔ)言來(lái)學(xué)習(xí)。預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)記語(yǔ)言的標(biāo)簽時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接收到截圖和之前所有正確的標(biāo)記。
這里是一個(gè)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練數(shù)據(jù)示例：docs.google.com/spreadsheet…。
創(chuàng)建逐詞預(yù)測(cè)的模型是現(xiàn)在最常用的方法，也是本教程使用的方法。
注意：每次預(yù)測(cè)時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接收的是同樣的截圖。也就是說(shuō)如果網(wǎng)絡(luò)需要預(yù)測(cè) 20 個(gè)單詞，它就會(huì)得到 20 次同樣的設(shè)計(jì)截圖。現(xiàn)在，不用管神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理，只需要專(zhuān)注于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出。
我們先來(lái)看前面的標(biāo)記（markup）。假如我們訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目的是預(yù)測(cè)句子「I can code」。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接收「I」時(shí)，預(yù)測(cè)「can」。下一次時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接收「I can」，預(yù)測(cè)「code」。它接收所有之前單詞，但只預(yù)測(cè)下一個(gè)單詞。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建特征以連接輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。它必須創(chuàng)建表征來(lái)理解每個(gè)截圖的內(nèi)容和它所需要預(yù)測(cè)的 HTML 語(yǔ)法，這些都是為預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)記構(gòu)建知識(shí)。把訓(xùn)練好的模型應(yīng)用到真實(shí)世界中和模型訓(xùn)練過(guò)程差不多。
我們無(wú)需輸入正確的 HTML 標(biāo)記，網(wǎng)絡(luò)會(huì)接收它目前生成的標(biāo)記，然后預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)記。預(yù)測(cè)從「起始標(biāo)簽」（start tag）開(kāi)始，到「結(jié)束標(biāo)簽」（end tag）終止，或者達(dá)到最大限制時(shí)終止。
Hello World 版
現(xiàn)在讓我們構(gòu)建 Hello World 版實(shí)現(xiàn)。我們將饋送一張帶有「Hello World！」字樣的截屏到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，并訓(xùn)練它生成對(duì)應(yīng)的標(biāo)記語(yǔ)言。
首先，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為一組像素值。且每一個(gè)像素點(diǎn)有 RGB 三個(gè)通道，每個(gè)通道的值都在 0-255 之間。
為了以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能理解的方式表征這些標(biāo)記，我使用了 one-hot 編碼。因此句子「I can code」可以映射為以下形式。
在上圖中，我們的編碼包含了開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)簽。這些標(biāo)簽?zāi)転樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)提供開(kāi)始預(yù)測(cè)和結(jié)束預(yù)測(cè)的位置信息。以下是這些標(biāo)簽的各種組合以及對(duì)應(yīng) one-hot 編碼的情況。
我們會(huì)使每個(gè)單詞在每一輪訓(xùn)練中改變位置，因此這允許模型學(xué)習(xí)序列而不是記憶詞的位置。在下圖中有四個(gè)預(yù)測(cè)，每一行是一個(gè)預(yù)測(cè)。且左邊代表 RGB 三色通道和之前的詞，右邊代表預(yù)測(cè)結(jié)果和紅色的結(jié)束標(biāo)簽。
#Length of longest sentence
max_caption_len=3
#Size of vocabulary
vocab_size=3
# Load one screenshot for each word and turn them into digits
images=[]
for i in range(2):
images.append(img_to_array(load_img('screenshot.jpg', target_size=(224, 224))))
images=np.array(images, dtype=float)
# Preprocess input for the VGG16 model
images=preprocess_input(images)
#Turn start tokens into one-hot encoding
html_input=np.array(
[[[0., 0., 0.], #start
[0., 0., 0.],
[1., 0., 0.]],
[[0., 0., 0.], #start <HTML>Hello World!</HTML>
[1., 0., 0.],
[0., 1., 0.]]])
#Turn next word into one-hot encoding
next_words=np.array(
[[0., 1., 0.], # <HTML>Hello World!</HTML>
[0., 0., 1.]]) # end
# Load the VGG16 model trained on imagenet and output the classification feature
VGG=VGG16(weights='imagenet', include_top=True)
# Extract the features from the image
features=VGG.predict(images)
#Load the feature to the network, apply a dense layer, and repeat the vector
vgg_feature=Input(shape=(1000,))
vgg_feature_dense=Dense(5)(vgg_feature)
vgg_feature_repeat=RepeatVector(max_caption_len)(vgg_feature_dense)
# Extract information from the input seqence
language_input=Input(shape=(vocab_size, vocab_size))
language_model=LSTM(5, return_sequences=True)(language_input)
# Concatenate the information from the image and the input
decoder=concatenate([vgg_feature_repeat, language_model])
# Extract information from the concatenated output
decoder=LSTM(5, return_sequences=False)(decoder)
# Predict which word comes next
decoder_output=Dense(vocab_size, activation='softmax')(decoder)
# Compile and run the neural network
model=Model(inputs=[vgg_feature, language_input], outputs=decoder_output)
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='rmsprop')
# Train the neural network
model.fit([features, html_input], next_words, batch_size=2, shuffle=False, epochs=1000)
復(fù)制代碼
在 Hello World 版本中，我們使用三個(gè)符號(hào)「start」、「Hello World」和「end」。字符級(jí)的模型要求更小的詞匯表和受限的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而單詞級(jí)的符號(hào)在這里可能有更好的性能。
以下是執(zhí)行預(yù)測(cè)的代碼：
# Create an empty sentence and insert the start token sentence=np.zeros((1, 3, 3)) # [[0,0,0], [0,0,0], [0,0,0]] start_token=[1., 0., 0.] # start sentence[0][2]=start_token # place start in empty sentence # Making the first prediction with the start token second_word=model.predict([np.array([features[1]]), sentence]) # Put the second word in the sentence and make the final prediction sentence[0][1]=start_token sentence[0][2]=np.round(second_word) third_word=model.predict([np.array([features[1]]), sentence]) # Place the start token and our two predictions in the sentence sentence[0][0]=start_token sentence[0][1]=np.round(second_word) sentence[0][2]=np.round(third_word) # Transform our one-hot predictions into the final tokens vocabulary=["start", "<HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML>", "end"] for i in sentence[0]: print(vocabulary[np.argmax(i)], end=' ') 復(fù)制代碼
輸出
我走過(guò)的坑：
在 FloydHub 上運(yùn)行代碼
FloydHub 是一個(gè)深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練平臺(tái)，我自從開(kāi)始學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)時(shí)就對(duì)它有所了解，我也常用它訓(xùn)練和管理深度學(xué)習(xí)試驗(yàn)。我們能安裝它并在 10 分鐘內(nèi)運(yùn)行第一個(gè)模型，它是在云 GPU 上訓(xùn)練模型最好的選擇。若果讀者沒(méi)用過(guò) FloydHub，可以花 10 分鐘左右安裝并了解。
FloydHub 地址：www.floydhub.com/
復(fù)制 Repo：
https://github.com/emilwallner/Screenshot-to-code-in-Keras.git 復(fù)制代碼
登錄并初始化 FloydHub 命令行工具：
cd Screenshot-to-code-in-Keras floyd login floyd init s2c 復(fù)制代碼
在 FloydHub 云 GPU 機(jī)器上運(yùn)行 Jupyter notebook：
floyd run --gpu --env tensorflow-1.4 --data emilwallner/datasets/imagetocode/2:data --mode jupyter 復(fù)制代碼
所有的 notebook 都放在 floydbub 目錄下。一旦我們開(kāi)始運(yùn)行模型，那么在 floydhub/Helloworld/helloworld.ipynb 下可以找到第一個(gè) Notebook。更多詳情請(qǐng)查看本項(xiàng)目早期的 flags。
HTML 版本
在這個(gè)版本中，我們將關(guān)注與創(chuàng)建一個(gè)可擴(kuò)展的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。該版本并不能直接從隨機(jī)網(wǎng)頁(yè)預(yù)測(cè) HTML，但它是探索動(dòng)態(tài)問(wèn)題不可缺少的步驟。
概覽
如果我們將前面的架構(gòu)擴(kuò)展為以下右圖展示的結(jié)構(gòu)，那么它就能更高效地處理識(shí)別與轉(zhuǎn)換過(guò)程。
該架構(gòu)主要有兩個(gè)部，即編碼器與解碼器。編碼器是我們創(chuàng)建圖像特征和前面標(biāo)記特征（markup features）的部分。特征是網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建原型設(shè)計(jì)和標(biāo)記語(yǔ)言之間聯(lián)系的構(gòu)建塊。在編碼器的末尾，我們將圖像特征傳遞給前面標(biāo)記的每一個(gè)單詞。隨后解碼器將結(jié)合原型設(shè)計(jì)特征和標(biāo)記特征以創(chuàng)建下一個(gè)標(biāo)簽的特征，這一個(gè)特征可以通過(guò)全連接層預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽。
設(shè)計(jì)原型的特征
因?yàn)槲覀冃枰獮槊總€(gè)單詞插入一個(gè)截屏，這將會(huì)成為訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。因此我們抽取生成標(biāo)記語(yǔ)言所需要的信息來(lái)替代直接使用圖像。這些抽取的信息將通過(guò)預(yù)訓(xùn)練的 CNN 編碼到圖像特征中，且我們將使用分類(lèi)層之前的層級(jí)輸出以抽取特征。
我們最終得到 1536 個(gè) 8*8 的特征圖，雖然我們很難直觀地理解它，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠從這些特征中抽取元素的對(duì)象和位置。
標(biāo)記特征
在 Hello World 版本中，我們使用 one-hot 編碼以表征標(biāo)記。而在該版本中，我們將使用詞嵌入表征輸入并使用 one-hot 編碼表示輸出。我們構(gòu)建每個(gè)句子的方式保持不變，但我們映射每個(gè)符號(hào)的方式將會(huì)變化。one-hot 編碼將每一個(gè)詞視為獨(dú)立的單元，而詞嵌入會(huì)將輸入數(shù)據(jù)表征為一個(gè)實(shí)數(shù)列表，這些實(shí)數(shù)表示標(biāo)記標(biāo)簽之間的關(guān)系。
上面詞嵌入的維度為 8，但一般詞嵌入的維度會(huì)根據(jù)詞匯表的大小在 50 到 500 間變動(dòng)。以上每個(gè)單詞的八個(gè)數(shù)值就類(lèi)似于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重，它們傾向于刻畫(huà)單詞之間的聯(lián)系（Mikolov alt el., 2013）。這就是我們開(kāi)始部署標(biāo)記特征（markup features）的方式，而這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的特征會(huì)將輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。
編碼器
我們現(xiàn)在將詞嵌入饋送到 LSTM 中，并期望能返回一系列的標(biāo)記特征。這些標(biāo)記特征隨后會(huì)饋送到一個(gè) Time Distributed 密集層，該層級(jí)可以視為有多個(gè)輸入和輸出的全連接層。
和嵌入與 LSTM 層相平行的還有另外一個(gè)處理過(guò)程，其中圖像特征首先會(huì)展開(kāi)成一個(gè)向量，然后再饋送到一個(gè)全連接層而抽取出高級(jí)特征。這些圖像特征隨后會(huì)與標(biāo)記特征相級(jí)聯(lián)而作為編碼器的輸出。
標(biāo)記特征
如下圖所示，現(xiàn)在我們將詞嵌入投入到 LSTM 層中，所有的語(yǔ)句都會(huì)用零填充以獲得相同的向量長(zhǎng)度。
為了混合信號(hào)并尋找高級(jí)模式，我們運(yùn)用了一個(gè) TimeDistributed 密集層以抽取標(biāo)記特征。TimeDistributed 密集層和一般的全連接層非常相似，且它有多個(gè)輸入與輸出。
圖像特征
對(duì)于另一個(gè)平行的過(guò)程，我們需要將圖像的所有像素值展開(kāi)成一個(gè)向量，因此信息不會(huì)被改變，它們只會(huì)用來(lái)識(shí)別。
如上，我們會(huì)通過(guò)全連接層混合信號(hào)并抽取更高級(jí)的概念。因?yàn)槲覀儾⒉恢皇翘幚硪粋€(gè)輸入值，因此使用一般的全連接層就行了。
級(jí)聯(lián)圖像特征和標(biāo)記特征
所有的語(yǔ)句都被填充以創(chuàng)建三個(gè)標(biāo)記特征。因?yàn)槲覀円呀?jīng)預(yù)處理了圖像特征，所以我們能為每一個(gè)標(biāo)記特征添加圖像特征。
如上，在復(fù)制圖像特征到對(duì)應(yīng)的標(biāo)記特征后，我們得到了新的圖像-標(biāo)記特征（image-markup features），這就是我們饋送到解碼器的輸入值。
解碼器
現(xiàn)在，我們使用圖像-標(biāo)記特征來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽。
在下面的案例中，我們使用三個(gè)圖像-標(biāo)簽特征對(duì)來(lái)輸出下一個(gè)標(biāo)簽特征。注意 LSTM 層不應(yīng)該返回一個(gè)長(zhǎng)度等于輸入序列的向量，而只需要預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)一個(gè)特征。在我們的案例中，這個(gè)特征將預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽，它包含了最后預(yù)測(cè)的信息。
最后的預(yù)測(cè)
密集層會(huì)像傳統(tǒng)前饋網(wǎng)絡(luò)那樣工作，它將下一個(gè)標(biāo)簽特征中的 512 個(gè)值與最后的四個(gè)預(yù)測(cè)連接起來(lái)，即我們?cè)谠~匯表所擁有的四個(gè)單詞：start、hello、world 和 end。密集層最后采用的 softmax 函數(shù)會(huì)為四個(gè)類(lèi)別產(chǎn)生一個(gè)概率分布，例如 [0.1, 0.1, 0.1, 0.7] 將預(yù)測(cè)第四個(gè)詞為下一個(gè)標(biāo)簽。
# Load the images and preprocess them for inception-resnet
images=[]
all_filenames=listdir('images/')
all_filenames.sort()
for filename in all_filenames:
images.append(img_to_array(load_img('images/'+filename, target_size=(299, 299))))
images=np.array(images, dtype=float)
images=preprocess_input(images)
# Run the images through inception-resnet and extract the features without the classification layer
IR2=InceptionResNetV2(weights='imagenet', include_top=False)
features=IR2.predict(images)
# We will cap each input sequence to 100 tokens
max_caption_len=100
# Initialize the function that will create our vocabulary
tokenizer=Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)
# Read a document and return a string
def load_doc(filename):
file=open(filename, 'r')
text=file.read()
file.close()
return text
# Load all the HTML files
X=[]
all_filenames=listdir('html/')
all_filenames.sort()
for filename in all_filenames:
X.append(load_doc('html/'+filename))
# Create the vocabulary from the html files
tokenizer.fit_on_texts(X)
# Add +1 to leave space for empty words
vocab_size=len(tokenizer.word_index) + 1
# Translate each word in text file to the matching vocabulary index
sequences=tokenizer.texts_to_sequences(X)
# The longest HTML file
max_length=max(len(s) for s in sequences)
# Intialize our final input to the model
X, y, image_data=list(), list(), list()
for img_no, seq in enumerate(sequences):
for i in range(1, len(seq)):
# Add the entire sequence to the input and only keep the next word for the output
in_seq, out_seq=seq[:i], seq[i]
# If the sentence is shorter than max_length, fill it up with empty words
in_seq=pad_sequences([in_seq], maxlen=max_length)[0]
# Map the output to one-hot encoding
out_seq=to_categorical([out_seq], num_classes=vocab_size)[0]
# Add and image corresponding to the HTML file
image_data.append(features[img_no])
# Cut the input sentence to 100 tokens, and add it to the input data
X.append(in_seq[-100:])
y.append(out_seq)
X, y, image_data=np.array(X), np.array(y), np.array(image_data)
# Create the encoder
image_features=Input(shape=(8, 8, 1536,))
image_flat=Flatten()(image_features)
image_flat=Dense(128, activation='relu')(image_flat)
ir2_out=RepeatVector(max_caption_len)(image_flat)
language_input=Input(shape=(max_caption_len,))
language_model=Embedding(vocab_size, 200, input_length=max_caption_len)(language_input)
language_model=LSTM(256, return_sequences=True)(language_model)
language_model=LSTM(256, return_sequences=True)(language_model)
language_model=TimeDistributed(Dense(128, activation='relu'))(language_model)
# Create the decoder
decoder=concatenate([ir2_out, language_model])
decoder=LSTM(512, return_sequences=False)(decoder)
decoder_output=Dense(vocab_size, activation='softmax')(decoder)
# Compile the model
model=Model(inputs=[image_features, language_input], outputs=decoder_output)
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='rmsprop')
# Train the neural network
model.fit([image_data, X], y, batch_size=64, shuffle=False, epochs=2)
# map an integer to a word
def word_for_id(integer, tokenizer):
for word, index in tokenizer.word_index.items():
if index==integer:
return word
return None
# generate a description for an image
def generate_desc(model, tokenizer, photo, max_length):
# seed the generation process
in_text='START'
# iterate over the whole length of the sequence
for i in range(900):
# integer encode input sequence
sequence=tokenizer.texts_to_sequences([in_text])[0][-100:]
# pad input
sequence=pad_sequences([sequence], maxlen=max_length)
# predict next word
yhat=model.predict([photo,sequence], verbose=0)
# convert probability to integer
yhat=np.argmax(yhat)
# map integer to word
word=word_for_id(yhat, tokenizer)
# stop if we cannot map the word
if word is None:
break
# append as input for generating the next word
in_text +=' ' + word
# Print the prediction
print(' ' + word, end='')
# stop if we predict the end of the sequence
if word=='END':
break
return
# Load and image, preprocess it for IR2, extract features and generate the HTML
test_image=img_to_array(load_img('images/87.jpg', target_size=(299, 299)))
test_image=np.array(test_image, dtype=float)
test_image=preprocess_input(test_image)
test_features=IR2.predict(np.array([test_image]))
generate_desc(model, tokenizer, np.array(test_features), 100)
復(fù)制代碼
輸出
訓(xùn)練不同輪數(shù)所生成網(wǎng)站的地址：
我走過(guò)的坑：
Bootstrap 版本
在最終版本中，我們使用 pix2code 論文中生成 bootstrap 網(wǎng)站的數(shù)據(jù)集。使用 Twitter 的 Bootstrap 庫(kù)（getbootstrap.com/），我們可以結(jié)合 HTML 和 CSS，降低詞匯表規(guī)模。
我們將使用這一版本為之前未見(jiàn)過(guò)的截圖生成標(biāo)記。我們還深入研究它如何構(gòu)建截圖和標(biāo)記的先驗(yàn)知識(shí)。
我們不在 bootstrap 標(biāo)記上訓(xùn)練，而是使用 17 個(gè)簡(jiǎn)化 token，將其編譯成 HTML 和 CSS。數(shù)據(jù)集（github.com/tonybeltram…）包括 1500 個(gè)測(cè)試截圖和 250 個(gè)驗(yàn)證截圖。平均每個(gè)截圖有 65 個(gè) token，一共有 96925 個(gè)訓(xùn)練樣本。
我們稍微修改一下 pix2code 論文中的模型，使之預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)組件的準(zhǔn)確率達(dá)到 97%。
端到端方法
從預(yù)訓(xùn)練模型中提取特征在圖像描述生成模型中效果很好。但是幾次實(shí)驗(yàn)后，我發(fā)現(xiàn) pix2code 的端到端方法效果更好。在我們的模型中，我們用輕量級(jí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)替換預(yù)訓(xùn)練圖像特征。我們不使用最大池化來(lái)增加信息密度，而是增加步幅。這可以保持前端元素的位置和顏色。
存在兩個(gè)核心模型：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）。最常用的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是長(zhǎng)短期記憶（LSTM）網(wǎng)絡(luò)。我之前的文章中介紹過(guò) CNN 教程，本文主要介紹 LSTM。
理解 LSTM 中的時(shí)間步
關(guān)于 LSTM 比較難理解的是時(shí)間步。我們的原始神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)時(shí)間步，如果你給它「Hello」，它就會(huì)預(yù)測(cè)「World」。但是它會(huì)試圖預(yù)測(cè)更多時(shí)間步。下例中，輸入有四個(gè)時(shí)間步，每個(gè)單詞對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間步。
LSTM 適合時(shí)序數(shù)據(jù)的輸入，它是一種適合順序信息的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。模型展開(kāi)圖示如下，對(duì)于每個(gè)循環(huán)步，你需要保持同樣的權(quán)重。
加權(quán)后的輸入與輸出特征在級(jí)聯(lián)后輸入到激活函數(shù)，并作為當(dāng)前時(shí)間步的輸出。因?yàn)槲覀冎貜?fù)利用了相同的權(quán)重，它們將從一些輸入獲取信息并構(gòu)建序列的知識(shí)。下面是 LSTM 在每一個(gè)時(shí)間步上的簡(jiǎn)化版處理過(guò)程：
理解 LSTM 層級(jí)中的單元
每一層 LSTM 單元的總數(shù)決定了它記憶的能力，同樣也對(duì)應(yīng)于每一個(gè)輸出特征的維度大小。LSTM 層級(jí)中的每一個(gè)單元將學(xué)習(xí)如何追蹤句法的不同方面。以下是一個(gè) LSTM 單元追蹤標(biāo)簽行信息的可視化，它是我們用來(lái)訓(xùn)練 bootstrap 模型的簡(jiǎn)單標(biāo)記語(yǔ)言。
每一個(gè) LSTM 單元會(huì)維持一個(gè)單元狀態(tài)，我們可以將單元狀態(tài)視為記憶。權(quán)重和激活值可使用不同的方式修正狀態(tài)值，這令 LSTM 層可以通過(guò)保留或遺忘輸入信息而得到精調(diào)。除了處理當(dāng)前輸入信息與輸出信息，LSTM 單元還需要修正記憶狀態(tài)以傳遞到下一個(gè)時(shí)間步。
dir_name='resources/eval_light/'
# Read a file and return a string
def load_doc(filename):
file=open(filename, 'r')
text=file.read()
file.close()
return text
def load_data(data_dir):
text=[]
images=[]
# Load all the files and order them
all_filenames=listdir(data_dir)
all_filenames.sort()
for filename in (all_filenames):
if filename[-3:]=="npz":
# Load the images already prepared in arrays
image=np.load(data_dir+filename)
images.append(image['features'])
else:
# Load the boostrap tokens and rap them in a start and end tag
syntax='<START> ' + load_doc(data_dir+filename) + ' <END>'
# Seperate all the words with a single space
syntax=' '.join(syntax.split())
# Add a space after each comma
syntax=syntax.replace(',', ' ,')
text.append(syntax)
images=np.array(images, dtype=float)
return images, text
train_features, texts=load_data(dir_name)
# Initialize the function to create the vocabulary
tokenizer=Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)
# Create the vocabulary
tokenizer.fit_on_texts([load_doc('bootstrap.vocab')])
# Add one spot for the empty word in the vocabulary
vocab_size=len(tokenizer.word_index) + 1
# Map the input sentences into the vocabulary indexes
train_sequences=tokenizer.texts_to_sequences(texts)
# The longest set of boostrap tokens
max_sequence=max(len(s) for s in train_sequences)
# Specify how many tokens to have in each input sentence
max_length=48
def preprocess_data(sequences, features):
X, y, image_data=list(), list(), list()
for img_no, seq in enumerate(sequences):
for i in range(1, len(seq)):
# Add the sentence until the current count(i) and add the current count to the output
in_seq, out_seq=seq[:i], seq[i]
# Pad all the input token sentences to max_sequence
in_seq=pad_sequences([in_seq], maxlen=max_sequence)[0]
# Turn the output into one-hot encoding
out_seq=to_categorical([out_seq], num_classes=vocab_size)[0]
# Add the corresponding image to the boostrap token file
image_data.append(features[img_no])
# Cap the input sentence to 48 tokens and add it
X.append(in_seq[-48:])
y.append(out_seq)
return np.array(X), np.array(y), np.array(image_data)
X, y, image_data=preprocess_data(train_sequences, train_features)
#Create the encoder
image_model=Sequential()
image_model.add(Conv2D(16, (3, 3), padding='valid', activation='relu', input_shape=(256, 256, 3,)))
image_model.add(Conv2D(16, (3,3), activation='relu', padding='same', strides=2))
image_model.add(Conv2D(32, (3,3), activation='relu', padding='same'))
image_model.add(Conv2D(32, (3,3), activation='relu', padding='same', strides=2))
image_model.add(Conv2D(64, (3,3), activation='relu', padding='same'))
image_model.add(Conv2D(64, (3,3), activation='relu', padding='same', strides=2))
image_model.add(Conv2D(128, (3,3), activation='relu', padding='same'))
image_model.add(Flatten())
image_model.add(Dense(1024, activation='relu'))
image_model.add(Dropout(0.3))
image_model.add(Dense(1024, activation='relu'))
image_model.add(Dropout(0.3))
image_model.add(RepeatVector(max_length))
visual_input=Input(shape=(256, 256, 3,))
encoded_image=image_model(visual_input)
language_input=Input(shape=(max_length,))
language_model=Embedding(vocab_size, 50, input_length=max_length, mask_zero=True)(language_input)
language_model=LSTM(128, return_sequences=True)(language_model)
language_model=LSTM(128, return_sequences=True)(language_model)
#Create the decoder
decoder=concatenate([encoded_image, language_model])
decoder=LSTM(512, return_sequences=True)(decoder)
decoder=LSTM(512, return_sequences=False)(decoder)
decoder=Dense(vocab_size, activation='softmax')(decoder)
# Compile the model
model=Model(inputs=[visual_input, language_input], outputs=decoder)
optimizer=RMSprop(lr=0.0001, clipvalue=1.0)
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer=optimizer)
#Save the model for every 2nd epoch
filepath="org-weights-epoch-{epoch:04d}--val_loss-{val_loss:.4f}--loss-{loss:.4f}.hdf5"
checkpoint=ModelCheckpoint(filepath, monitor='val_loss', verbose=1, save_weights_only=True, period=2)
callbacks_list=[checkpoint]
# Train the model
model.fit([image_data, X], y, batch_size=64, shuffle=False, validation_split=0.1, callbacks=callbacks_list, verbose=1, epochs=50)
復(fù)制代碼
測(cè)試準(zhǔn)確率
找到一種測(cè)量準(zhǔn)確率的優(yōu)秀方法非常棘手。比如一個(gè)詞一個(gè)詞地對(duì)比，如果你的預(yù)測(cè)中有一個(gè)詞不對(duì)照，準(zhǔn)確率可能就是 0。如果你把百分百對(duì)照的單詞移除一個(gè)，最終的準(zhǔn)確率可能是 99/100。
我使用的是 BLEU 分值，它在機(jī)器翻譯和圖像描述模型實(shí)踐上都是最好的。它把句子分解成 4 個(gè) n-gram，從 1-4 個(gè)單詞的序列。在下面的預(yù)測(cè)中，「cat」應(yīng)該是「code」。
為了得到最終的分值，每個(gè)的分值需要乘以 25%，(4/5) × 0.25 + (2/4) × 0.25 + (1/3) × 0.25 + (0/2) ×0.25=0.2 + 0.125 + 0.083 + 0=0.408。然后用總和乘以句子長(zhǎng)度的懲罰函數(shù)。因?yàn)樵谖覀兊氖纠校L(zhǎng)度是正確的，所以它就直接是我們的最終得分。
你可以增加 n-gram 的數(shù)量，4 個(gè) n-gram 的模型是最為對(duì)應(yīng)人類(lèi)翻譯的。我建議你閱讀下面的代碼：
#Create a function to read a file and return its content
def load_doc(filename):
file=open(filename, 'r')
text=file.read()
file.close()
return text
def load_data(data_dir):
text=[]
images=[]
files_in_folder=os.listdir(data_dir)
files_in_folder.sort()
for filename in tqdm(files_in_folder):
#Add an image
if filename[-3:]=="npz":
image=np.load(data_dir+filename)
images.append(image['features'])
else:
# Add text and wrap it in a start and end tag
syntax='<START> ' + load_doc(data_dir+filename) + ' <END>'
#Seperate each word with a space
syntax=' '.join(syntax.split())
#Add a space between each comma
syntax=syntax.replace(',', ' ,')
text.append(syntax)
images=np.array(images, dtype=float)
return images, text
#Intialize the function to create the vocabulary
tokenizer=Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)
#Create the vocabulary in a specific order
tokenizer.fit_on_texts([load_doc('bootstrap.vocab')])
dir_name='../../../../eval/'
train_features, texts=load_data(dir_name)
#load model and weights
json_file=open('../../../../model.json', 'r')
loaded_model_json=json_file.read()
json_file.close()
loaded_model=model_from_json(loaded_model_json)
# load weights into new model
loaded_model.load_weights("../../../../weights.hdf5")
print("Loaded model from disk")
# map an integer to a word
def word_for_id(integer, tokenizer):
for word, index in tokenizer.word_index.items():
if index==integer:
return word
return None
print(word_for_id(17, tokenizer))
# generate a description for an image
def generate_desc(model, tokenizer, photo, max_length):
photo=np.array([photo])
# seed the generation process
in_text='<START> '
# iterate over the whole length of the sequence
print('\nPrediction---->\n\n<START> ', end='')
for i in range(150):
# integer encode input sequence
sequence=tokenizer.texts_to_sequences([in_text])[0]
# pad input
sequence=pad_sequences([sequence], maxlen=max_length)
# predict next word
yhat=loaded_model.predict([photo, sequence], verbose=0)
# convert probability to integer
yhat=argmax(yhat)
# map integer to word
word=word_for_id(yhat, tokenizer)
# stop if we cannot map the word
if word is None:
break
# append as input for generating the next word
in_text +=word + ' '
# stop if we predict the end of the sequence
print(word + ' ', end='')
if word=='<END>':
break
return in_text
max_length=48
# evaluate the skill of the model
def evaluate_model(model, descriptions, photos, tokenizer, max_length):
actual, predicted=list(), list()
# step over the whole set
for i in range(len(texts)):
yhat=generate_desc(model, tokenizer, photos[i], max_length)
# store actual and predicted
print('\n\nReal---->\n\n' + texts[i])
actual.append([texts[i].split()])
predicted.append(yhat.split())
# calculate BLEU score
bleu=corpus_bleu(actual, predicted)
return bleu, actual, predicted
bleu, actual, predicted=evaluate_model(loaded_model, texts, train_features, tokenizer, max_length)
#Compile the tokens into HTML and css
dsl_path="compiler/assets/web-dsl-mapping.json"
compiler=Compiler(dsl_path)
compiled_website=compiler.compile(predicted[0], 'index.html')
print(compiled_website )
print(bleu)
復(fù)制代碼
輸出
樣本輸出的鏈接：
我走過(guò)的坑：
下一步
前端開(kāi)發(fā)是深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的理想空間。數(shù)據(jù)容易生成，并且當(dāng)前深度學(xué)習(xí)算法可以映射絕大部分邏輯。一個(gè)最讓人激動(dòng)的領(lǐng)域是注意力機(jī)制在 LSTM 上的應(yīng)用。這不僅會(huì)提升精確度，還可以使我們可視化 CNN 在生成標(biāo)記時(shí)所聚焦的地方。注意力同樣是標(biāo)記、可定義模板、腳本和最終端之間通信的關(guān)鍵。注意力層要追蹤變量，使網(wǎng)絡(luò)可以在編程語(yǔ)言之間保持通信。
但是在不久的將來(lái)，最大的影響將會(huì)來(lái)自合成數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展方法。接著你可以一步步添加字體、顏色和動(dòng)畫(huà)。目前為止，大多數(shù)進(jìn)步發(fā)生在草圖（sketches）方面并將其轉(zhuǎn)化為模版應(yīng)用。在不到兩年的時(shí)間里，我們將創(chuàng)建一個(gè)草圖，它會(huì)在一秒之內(nèi)找到相應(yīng)的前端。Airbnb 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與 Uizard 已經(jīng)創(chuàng)建了兩個(gè)正在使用的原型。下面是一些可能的試驗(yàn)過(guò)程：
實(shí)驗(yàn)
開(kāi)始
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)
原文鏈接：blog.floydhub.com/turning-des…
本文為機(jī)器之心編譯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系本公眾號(hào)獲得授權(quán)。
了密碼加密之外，驗(yàn)證碼也是安全性的保障之一。開(kāi)發(fā)B/S的同學(xué)，應(yīng)該很清楚，它可以防止不法分子在短時(shí)間內(nèi)用機(jī)器批量的重復(fù)操作，防止機(jī)器人程序暴力登錄或攻擊。
如今，為了提高破解難度，有12306購(gòu)票驗(yàn)證那種，還有眾多平臺(tái)拼圖那種，常見(jiàn)的是咱們這次要說(shuō)的，由隨機(jī)數(shù)字和字母組成這種。
在Django框架中，你可以自己寫(xiě)一個(gè)生成驗(yàn)證碼的類(lèi)，也可以別人已經(jīng)寫(xiě)好并且開(kāi)源的第3方驗(yàn)證碼庫(kù)：captcha。
不懂得偷懶的程序猿不是好工程師，在能滿(mǎn)足需求的前期下，考慮先用現(xiàn)成的。要讓django項(xiàng)目支持captcha，請(qǐng)打開(kāi)【終端】，輸入：pip3 install django-simple-captcha命令。
安裝完captcha開(kāi)發(fā)庫(kù)后，打開(kāi)django項(xiàng)目，進(jìn)行配置。目標(biāo)定位到settings.py文件中的INSTALLED_APPS節(jié)點(diǎn)，在其最后添加上captcha。
還記得上一次，在此添加sales后，咱們做了什么動(dòng)作么？--沒(méi)錯(cuò)，就是生成數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，這次也不例外，還是執(zhí)行：python3 manage.py makemigrations和python3 manage.py migrate命令。
有了數(shù)據(jù)表還不夠，還得提供訪(fǎng)問(wèn)路徑，否則沒(méi)辦法獲取驗(yàn)證碼。打開(kāi)sales/urls.py文件，改成如下內(nèi)容。
from django.urls import include, path
from . import views
# 進(jìn)行方法和請(qǐng)求名稱(chēng)綁定
urlpatterns=[
path('index/', views.index),
path('reg/', views.reg),
path('captcha/', include('captcha.urls')),
]
配置好了以后，接著就是應(yīng)用了。打開(kāi)views.py文件，導(dǎo)入生成驗(yàn)證碼需要用到的模塊并調(diào)整返回登錄界面時(shí)的代碼，完整代碼貼出來(lái)，拿走不謝。
from django.shortcuts import render
from sales.models import UserInfo # 導(dǎo)入models文件
from erpsite.utils.EncryptUtil import MD5Encrypt
# 驗(yàn)證碼需要導(dǎo)入的模塊
from captcha.models import CaptchaStore
from captcha.helpers import captcha_image_url
login_result=''
reg_result=''
def reg(request):
global reg_result
if request.method=='POST':
account=request.POST.get('account', '')
password=request.POST.get('password', '')
#密碼進(jìn)行加密
password=MD5Encrypt.encrypt(password)
print('password:', password)
try:
# 將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)
UserInfo.objects.create(account=account, password=password)
reg_result='恭喜你,注冊(cè)成功!'
except Exception as e:
reg_result='注冊(cè)失敗,錯(cuò)誤信息：'+str(e)
return render(request, 'sales/reg.html', {'result': reg_result})
def index(request):
global login_result
if request.method=='POST':
account=request.POST.get('account', '')
password=request.POST.get('password', '')
#密碼進(jìn)行加密
password=MD5Encrypt.encrypt(password)
user=UserInfo.objects.filter(account=account, password=password)
if user.exists():
login_result='恭喜你,登錄成功!'
else:
login_result='登錄賬號(hào)或密碼不正確!'
return render(request, 'sales/index.html', {'result': login_result})
else:
#驗(yàn)證碼，第一次請(qǐng)求
hashkey=CaptchaStore.generate_key()
image_url=captcha_image_url(hashkey)
captcha={'hashkey': hashkey, 'image_url': image_url}
return render(request, 'sales/index.html', {'captcha': captcha})
生成好驗(yàn)證碼后，總得顯示的。打開(kāi)登錄界面index.html，新增驗(yàn)證碼顯示的內(nèi)容。完整代碼也粘貼在此，拿走不謝。
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>登錄登陸</title>
</head>
<body>
<form action="/sales/index/" method="post">
{% csrf_token %}
<h2>用戶(hù)登錄</h2>
<h3 style="color:red;">{{ result }}</h3>
<p>
<label for="account">賬號(hào): </label>
<input type="text" id="account" name="account" placeholder="請(qǐng)輸入賬號(hào)" />
</p>
<p>
<label for="password">密碼: </label>
<input type="password" id="password" name="password" placeholder="請(qǐng)輸入密碼"/>
</p>
<p>
<input type="text" id="code" name="code" placeholder="請(qǐng)輸入驗(yàn)證碼"/>
<img src="{{captcha.image_url}}" alt="點(diǎn)擊換一張" id="id_captcha">
</p>
<p>
<input type="submit" value="登 錄"/>
<a href="/sales/reg" style="margin-left: 10px; text-decoration: none">注 冊(cè)</a>
</p>
</form>
</body>
</html>
好了，好了。終于可以運(yùn)行看看效果了, Yeah! Yeah!結(jié)果如你所愿，成功顯示出了驗(yàn)證碼。
當(dāng)然，在這個(gè)顏值的時(shí)代，效果可能沒(méi)那么好看，但實(shí)際上是可以調(diào)整的。有關(guān)驗(yàn)證碼的格式，可到進(jìn)行設(shè)置，給出部分參數(shù)，請(qǐng)自行調(diào)整去吧。
# 圖片大小
CAPTCHA_IMAGE_SIZE=(80, 30)
CAPTCHA_BACKGROUND_COLOR='#ffff00'
# 圖片中的文字為隨機(jī)英文字母
CAPTCHA_CHALLENGE_FUNCT='captcha.helpers.random_char_challenge'
# 圖片中的文字為數(shù)字表達(dá)式
# CAPTCHA_CHALLENGE_FUNCT='captcha.helpers.math_challenge'
# 字符個(gè)數(shù)
CAPTCHA_LENGTH=4
# 超時(shí)(minutes)
CAPTCHA_TIMEOUT=1
*請(qǐng)認(rèn)真填寫(xiě)需求信息，我們會(huì)在24小時(shí)內(nèi)與您取得聯(lián)系。
