Python深度学习 (第2版)

近年来，深度学习在自然语言处理、计算机视觉等领域取得了非凡的进展。从机器翻译和文本生成到自动驾驶和虚拟助手，我们受益于深度学习技术的逐渐普及。然而，深度学习还远未发挥全部潜力。欢迎来到深度学习的世界！在这个规模呈爆发式增长的领域，仍有许多“宝藏”等待你去发掘。 本书由流行深度学习框架 Keras 之父弗朗索瓦·肖莱执笔，不用数学公式，而用Python代码帮助你直观理解深度学习的核心思想。本书在第1版的基础上进行了大幅更新和增补，以体现深度学习领域的快速发展。

前言 致谢 关于本书 关于封面 第1章 什么是深度学习 1.1 人工智能、机器学习和深度学习 1.1.1 人工智能 1.1.2 机器学习 1.1.3 从数据中学习规则与表示 1.1.4 深度学习之“深度” 1.1.5 用三张图理解深度学习的工作原理 1.1.6 深度学习已取得的进展 1.1.7 不要相信短期炒作 1.1.8 人工智能的未来 1.2 深度学习之前：机器学习简史 1.2.1 概率建模 1.2.2 早期神经网络 1.2.3 核方法 1.2.4 决策树、随机森林和梯度提升机 1.2.5 到神经网络 1.2.6 深度学习有何不同 1.2.7 机器学习现状 1.3 为什么要用深度学习，为什么是现在 1.3.1 硬件 1.3.2 数据 1.3.3 算法 1.3.4 新一轮投资热潮 1.3.5 深度学习的普及 1.3.6 这种趋势会持续下去吗 第2章 神经网络的数学基础 2.1 初识神经网络 2.2 神经网络的数据表示 2.2.1 标量（0 阶张量） 2.2.2 向量（1 阶张量） 2.2.3 矩阵（2 阶张量） 2.2.4 3 阶张量与更高阶的张量 2.2.5 关键属性 2.2.6 在 NumPy 中操作张量 2.2.7 数据批量的概念 2.2.8 现实世界中的数据张量实例 2.2.9 向量数据 2.2.10 时间序列数据或序列数据 2.2.11 图像数据 2.2.12 视频数据 2.3 神经网络的“齿轮”：张量运算 2.3.1 逐元素运算 2.3.2 广播 2.3.3 张量积 2.3.4 张量变形 2.3.5 张量运算的几何解释 2.3.6 深度学习的几何解释 2.4 神经网络的“引擎”：基于梯度的优化 2.4.1 什么是导数 2.4.2 张量运算的导数：梯度 2.4.3 随机梯度下降 2.4.4 链式求导：反向传播算法 2.5 顾第一个例子 2.5.1 用 TensorFlow 从头开始重新实现第一个例子 2.5.2 完成一次训练步骤 2.5.3 完整的训练循环 2.5.4 评估模型 2.6 本章总结 第3章 Keras和TensorFlow入门 3.1 TensorFlow 简介 3.2 Keras 简介 3.3 Keras 和 TensorFlow 简史 3.4 建立深度学习工作区 3.4.1 Jupyter 笔记本：运行深度学习实验的首选方法 3.4.2 使用 Colaboratory 3.5 TensorFlow 入门 3.5.1 常数张量和变量 3.5.2 张量运算：用 TensorFlow 进行数学运算 3.5.3 重温 GradientTape API 3.5.4 一个端到端的例子：用 TensorFlow 编写线性分类器 3.6 神经网络剖析：了解核心 Keras API 3.6.1 层：深度学习的基础模块 3.6.2 从层到模型 3.6.3 编译步骤：配置学习过程 3.6.4 选择损失函数 3.6.5 理解 fit() 方法 3.6.6 监控验证数据上的损失和指标 3.6.7 推断：在训练后使用模型 3.7 本章总结 第4章 神经网络入门：分类与回归 4.1 影评分类：二分类问题示例 4.1.1 IMDB 数据集 4.1.2 准备数据 4.1.3 构建模型 4.1.4 验证你的方法 4.1.5 利用训练好的模型对新数据进行预测 4.1.6 进一步实验 4.1.7 小结 4.2 新闻分类：多分类问题示例 4.2.1 路透社数据集 4.2.2 准备数据 4.2.3 构建模型 4.2.4 验证你的方法 4.2.5 对新数据进行预测 4.2.6 处理标签和损失的另一种方法 4.2.7 拥有足够大的中间层的重要性 4.2.8 进一步实验 4.2.9 小结 4.3 预测房价：标量归问题示例 4.3.1 波士顿房价数据集 4.3.2 准备数据 4.3.3 构建模型 4.3.4 利用 K 折交叉验证来验证你的方法 4.3.5 对新数据进行预测 4.3.6 小结 4.4 本章总结 第5章 机器学习基础 5.1 泛化：机器学习的目标 5.1.1 欠拟合与过拟合 5.1.2 深度学习泛化的本质 5.2 评估机器学习模型 5.2.1 训练集、验证集和测试集 5.2.2 超越基于常识的基准 5.2.3 模型评估的注意事项 5.3 改进模型拟合 5.3.1 调节关键的梯度下降参数 5.3.2 利用更好的架构预设 5.3.3 提高模型容量 5.4 提高泛化能力 5.4.1 数据集管理 5.4.2 特征工程 5.4.3 提前终止 5.4.4 模型正则化 5.5 本章总结 第6章 机器学习的通用工作流程 6.1 定义任务 6.1.1 定义问题 6.1.2 收集数据集 6.1.3 理解数据 6.1.4 选择衡量成功的指标 6.2 开发模型 6.2.1 准备数据 6.2.2 选择评估方法 6.2.3 超越基准 6.2.4 扩大模型规模：开发一个过拟合的模型 6.2.5 模型正则化与调节超参数 6.3 部署模型 6.3.1 向利益相关者解释你的工作并设定预期 6.3.2 部署推断模型 6.3.3 监控模型在真实环境中的性能 6.3.4 维护模型 6.4 本章总结 第7章 深入Keras 7.1 Keras 工作流程 7.2 构建 Keras 模型的不同方法 7.2.1 序贯模型 7.2.2 函数式 API 7.2.3 模型子类化 7.2.4 混合使用不同的组件 7.2.5 用正确的工具完成工作 7.3 使用内置的训练循环和评估循环 7.3.1 编写自定义指标 7.3.2 使用回调函数 7.3.3 编写自定义回调函数 7.3.4 利用 TensorBoard 进行监控和可视化 7.4 编写自定义的训练循环和评估循环 7.4.1 训练与推断 7.4.2 指标的低阶用法 7.4.3 完整的训练循环和评估循环 7.4.4 利用 tf.function 加快运行速度 7.4.5 在 fit() 中使用自定义训练循环 7.5 本章总结 第8章 计算机视觉深度学习入门 8.1 卷积神经网络入门 8.1.1 卷积运算 8.1.2 最大汇聚运算 8.2 在小型数据集上从头开始训练一个卷积神经网络 8.2.1 深度学习对数据量很小的问题的适用性 8.2.2 下载数据 8.2.3 构建模型 8.2.4 数据预处理 8.2.5 使用数据增强 8.3 使用预训练模型 8.3.1 使用预训练模型做特征提取 8.3.2 微调预训练模型 8.4 本章总结 第9章 计算机视觉深度学习进阶 9.1 三项基本的计算机视觉任务 9.2 图像分割示例 9.3 现代卷积神经网络架构模式 9.3.1 模块化、层次结构和复用 9.3.2 残差连接 9.3.3 批量规范化 9.3.4 深度可分离卷积 9.3.5 综合示例：一个类似 Xception 的迷你模型 9.4 解释卷积神经网络学到的内容 9.4.1 中间激活值的可视化 9.4.2 卷积神经网络滤波器的可视化 9.4.3 类激活热力图的可视化 9.5 本章总结 第10章 深度学习处理时间序列 10.1 不同类型的时间序列任务 10.2 温度预测示例 10.2.1 准备数据 10.2.2 基于常识、不使用机器学习的基准 10.2.3 基本的机器学习模型 10.2.4 一维卷积模型 10.2.5 第一个 RNN 基准 10.3 理解 RNN Keras中的循环层 10.4 RNN 的高级用法 10.4.1 利用循环 dropout 降低过拟合 10.4.2 循环层堆叠 10.4.3 使用双向 RNN 10.4.4 进一步实验 10.5 本章总结 第11章 深度学习处理文本 11.1 自然语言处理概述 11.2 准备文本数据 11.2.1 文本标准化 11.2.2 文本拆分（词元化） 11.2.3 建立词表索引 11.2.4 使用 TextVectorization 层 11.3 表示单词组的两种方法：集合和序列 11.3.1 准备 IMDB 影评数据 11.3.2 将单词作为集合处理：词袋方法 11.3.3 将单词作为序列处理：序列模型方法 11.4 Transformer 架构 11.4.1 理解自注意力 11.4.2 多头注意力 11.4.3 Transformer 编码器 11.4.4 何时使用序列模型而不是词袋模型 11.5 超越文本分类：序列到序列学习 11.5.1 机器翻译示例 11.5.2 RNN 的序列到序列学习 11.5.3 使用 Transformer 进行序列到序列学习 11.6 本章总结 第12章 生成式深度学习 12.1 文本生成 12.1.1 生成式深度学习用于序列生成的简史 12.1.2 如何生成序列数据 12.1.3 采样策略的重要性 12.1.4 用 Keras 实现文本生成 12.1.5 带有可变温度采样的文本生成调函数 12.1.6 小结 12.2 DeepDream 12.2.1 用 Keras 实现 DeepDream 12.2.2 小结 12.3 神经风格迁移 12.3.1 内容损失 12.3.2 风格损失 12.3.3 用 Keras 实现神经风格迁移 12.3.4 小结 12.4 用变分自编码器生成图像 12.4.1 从图像潜在空间中采样 12.4.2 图像编辑的概念向量 12.4.3 变分自编码器 12.4.4 用 Keras 实现变分自编码器 12.4.5 小结 12.5 生成式对抗网络入门 12.5.1 简要实现流程 12.5.2 诸多技巧 12.5.3 CelebA 数据集 12.5.4 判别器 12.5.5 生成器 12.5.6 对抗网络 12.5.7 小结 12.6 本章总结 第13章 适合现实世界的最佳实践 13.1 将模型性能发挥到极致 13.1.1 超参数优化 13.1.2 模型集成 13.2 加速模型训练 13.2.1 使用混合精度加快 GPU 上的训练速度 13.2.2 多 GPU 训练 13.2.3 TPU 训练 13.3 本章总结 第14章 总结 14.1 重点概念顾 14.1.1 人工智能的多种方法 14.1.2 深度学习在机器学习领域中的特殊之处 14.1.3 如何看待深度学习 14.1.4 关键的推动技术 14.1.5 机器学习的通用工作流程 14.1.6 关键网络架构 14.1.7 可能性空间 14.2 深度学习的局限性 14.2.1 将机器学习模型拟人化的风险 14.2.2 自动机与智能体 14.2.3 局部泛化与极端泛化 14.2.4 智能的目的 14.2.5 逐步提高泛化能力 14.3 如何实现更加通用的人工智能 14.3.1 设定正确目标的重要性：捷径法则 14.3.2 新目标 14.4 实现智能：缺失的内容 14.4.1 智能是对抽象类比的敏感性 14.4.2 两种抽象 14.4.3 深度学习所缺失的那一半 14.5 深度学习的未来 14.5.1 模型即程序 14.5.2 将深度学习与程序合成融合 14.5.3 终身学习和模块化子程序复用 14.5.4 长期愿景 14.6 了解快速发展的领域的最新进展 14.6.1 在 Kaggle 上练习解决现实世界的问题 14.6.2 在 arXiv 上了解最新进展 14.6.3 探索 Keras 生态系统 14.7 结束语

弗朗索瓦·肖莱（François Chollet） 谷歌公司深度学习科学家，流行深度学习框架 Keras 之父。Keras 的 GitHub 星标数近6万，用户数量已超100万。此外，他也是 TensorFlow 框架的贡献者，个人 Kaggle 竞赛全球排名曾获第17名。利用 Keras，他致力于普及深度学习技术和实现通用人工智能。

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