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차근차근 실습하며 배우는 파이토치 딥러닝 프로그래밍 : 파이썬부터 머신러닝 기초, 이미지 인식, 파인 튜닝까지

원제 : 最短コ-スでわかるPYTORCH&深層學習(ディ-プラ-ニング)プログラミング ひと目でわかる最短コ-スマップ付き
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책소개

딥러닝 원리와 파이토치의 구현을 빠르게 이해하자!

이 책은 최근에 특히 주목받는 딥러닝 프레임워크인 ‘파이토치(PyTorch)’에 관한 입문 서적이다. 이미지 인식을 주 소재로 삼아 파이토치의 장점을 이해하고, 독자가 직접 파이토치 프로그램을 파이썬(Python)으로 구현할 수 있게 돕는 것이 이 책의 목표다.

딥러닝의 학습 원리인 경사 하강법과 파이토치 구현을 복잡한 수식 없이 그림을 통해 구체적으로 이해하도록 했으며, 어떤 개념까지 배웠는지 코스맵을 통해 한눈에 확인할 수 있다. 또한 파이토치가 자동으로 생성한 합성 함수(계산 그래프)를 시각화하는 도구를 활용해 합성 함수의 형태를 이해할 수 있도록 했다.

딥러닝에 필요한 파이썬 기본 문법과 넘파이(Numpy), 매트플롯립(Matplotlib)을 부록에서 설명하므로, 프로그래밍에 익숙하지 않더라도 이 책으로 딥러닝을 시작할 수 있다. 실습 환경으로 클라우드 AI 실행기반인 ‘구글 코랩(Google Colaboratory)’을 사용하므로 웹브라우저에서 무료로 간편하게 실습할 수 있다. 나아가 독자가 코드를 직접 실행시켜 보는 것을 매우 중요하게 생각해서, 구글 코랩의 사용법에 대해서도 자세하게 설명한다.

출판사 서평

★ 이 책에서 다루는 내용 ★

◎ 딥러닝에 꼭 필요한 파이썬의 개념(컨테이너 타입, 합성 함수, 수치 미분, 객체 지향)
◎ 파이토치의 기본 기능(텐서, 자동 미분, 경사 계산)
◎ 머신러닝(경사 하강법, 데이터 전처리, 예측 함수, 활성화 함수)
◎ 파이토치를 활용한 선형 회귀 및 분류
◎ CNN을 활용한 이미지 인식, GPU 활용 및 데이터 전처리
◎ 최적화 함수, 과학습의 대응 방법
◎ 사전 학습 모델 활용하기(파인 튜닝과 전이 학습)
◎ 사용자 정의 데이터를 활용한 이미지 분류

목차

▣ 00장: 미리보기 & 이미지 인식 시작하기
1. 이 책의 목적
2. 이 책을 읽는 법
3. 구글 코랩 사용법
4. 실습 따라하기
__초기설정
__학습 데이터 불러오기
__훈련용 이미지 데이터 확인
__검증용 이미지 데이터 확인
__모델 구축
__학습
__결과 확인
__공통 함수(fit 함수)의 내부 구조
5. 이 책의 구성
__기초편
__머신러닝 실전편
__이미지 인식 실전편

[1부] 기초편

▣ 01장: 딥러닝에 꼭 필요한 파이썬의 개념
1.1 이 장의 중요 개념
1.2 컨테이너 타입 변수에 주의
1.3 ‘합성 함수’를 파이썬으로 구현하기
1.4 ‘미분’과 파이썬의 ‘수치 미분’ 구현하기
1.5 커스텀 클래스 정의하기
__객체 지향의 기초 개념
__클래스 정의하기
__인스턴스 생성하기
__인스턴스의 속성으로 접근
__draw 함수의 호출
__Circle1 클래스 정의하기
__Circle1 인스턴스 생성과 속성의 확인
__draw 함수의 호출
__Circle2 클래스 정의하기
__Circle2 인스턴스 생성과 draw 함수의 호출
__Circle3 클래스의 구현
__Circle3 인스턴스 생성과 draw 함수 호출
1.6 인스턴스를 함수로 사용하는 방법

▣ 02장: 파이토치의 기본 기능
2.1 이 장의 중요 개념
2.2 텐서
__라이브러리 임포트
__다양한 계수의 텐서 만들기
__정숫값을 갖는 텐서 만들기
__view 함수
__그 밖의 속성
__item 함수
__max 함수
__넘파이 변수로 변환
2.3 자동 미분 기능
__(1) 경사 계산용 변수의 정의
__(2) 텐서 변수 간의 계산
__(3) 계산 그래프 시각화
__(4) 경사 계산
__(5) 경삿값 가져오기
__(6) 경삿값의 초기화
2.4 2차 함수의 경사 계산
__(1) 경사 계산용 변수 정의
__(2) 텐서 변수로 계산
__(3) 계산 그래프 시각화
__(4) 경사 계산
__(5) 경삿값 가져오기
__(6) 경삿값의 초기화
2.5 시그모이드 함수의 경사 계산
__(1) 시그모이드 함수의 정의
__(2) 텐서 변수로 y값의 계산
__그래프 출력
__최종 결과를 스칼라값으로 변환
__(3) 계산 그래프 시각화
__(4) 경사 계산, (5) 경삿값 가져오기

▣ 03장: 처음 시작하는 머신러닝
3.1 문제 정의하기
3.2 이 장의 중요 개념
3.3 경사 하강법 이해하기
3.4 경사 하강법의 구현 방법
__예측 계산
__손실 계산
__경사 계산
__파라미터 수정
3.5 데이터 전처리
__데이터 변환
3.6 예측 계산
3.7 손실 계산
3.8 경사 계산
3.9 파라미터 수정
3.10 반복 계산
3.11 결과 평가
3.12 최적화 함수와 step 함수 이용하기
__최적화 함수 튜닝

▣ 04장: 예측 함수 정의하기
4.1 머신러닝 알고리즘의 전체상과 예측 함수
4.2 신경망의 개념과 파이토치 프로그래밍 모델의 관계
4.3 파이토치 프로그래밍에 필요한 용어 정의
4.4 예측 함수의 내부 구조
4.5 외부에서 본 예측 함수의 거동
4.6 파이토치 머신러닝 프로그램의 전체상
4.7 활성화 함수의 목적

[02부] 머신러닝 실전편

▣ 05장: 선형 회귀
5.1 문제의 정의
5.2 이 장의 중요 개념
5.3 선형 함수(nn.Linear)
__1입력 1출력
__2입력 1출력
__2입력 3출력
5.4 커스텀 클래스를 이용한 모델 정의
5.5 MSELoss 클래스를 이용한 손실 함수
5.6 데이터 준비
5.7 모델 정의
__변수 정의
__머신러닝 모델(예측 모델)의 클래스 정의
__인스턴스 생성
__모델 내부의 변숫값 표시
__parameters 함수의 호출
__모델의 개요 표시
__손실 함수와 최적화 함수의 정의
5.8 경사 하강법
__입력값 x와 정답 yt의 텐서 변환
__① 예측 계산
__② 손실 계산
__계산 그래프 시각화
__③ 경사 계산
__④ 파라미터 수정
__경사 하강법의 전체상
__반복 계산
5.9 결과 확인
5.10 중회귀 모델로 확장
5.11 학습률의 변경

▣ 06장: 이진 분류
6.1 문제 정의하기
6.2 이 장의 중요 개념
6.3 정확도(Accuracy)
6.4 훈련 데이터와 검증 데이터 분할
6.5 시그모이드 함수
6.6 교차 엔트로피 함수
6.7 데이터 준비
__데이터 불러오기
__데이터 추출
__훈련 데이터와 검증 데이터 분할
__산포도 출력
6.8 모델 정의
6.9 경사 하강법
__최적화 알고리즘과 손실 함수의 정의
__머신러닝 프로그램의 전체상
__입력 데이터와 정답 데이터의 텐서 변환
__초기화 처리
__메인 루프
6.10 결과 확인

▣ 07장: 다중 분류
7.1 문제 정의하기
7.2 이 장의 중요 개념
7.3 여러 개의 분류기
7.4 가중치 행렬
7.5 소프트맥스 함수
7.6 교차 엔트로피 함수
7.7 다중 분류 모델에서 예측 함수와 손실 함수의 관계
7.8 데이터 준비
__데이터 추출
__훈련 데이터와 검증 데이터 분할
__산포도 출력
7.9 모델 정의
__입력 차원수와 출력 차원수 확인
__모델 정의
__모델 내부 파라미터 확인
__최적화 알고리즘과 손실 함수의 정의
7.10 경사 하강법
__데이터의 텐서 변수화
__손실의 계산 그래프 시각화
__예측 라벨을 얻는 방법
__반복 계산
7.11 결과 확인
__손실 및 정확도 확인
__학습 곡선
__모델 출력 확인
__가중치 행렬과 바이어스 값
7.12 입력 변수의 4차원화

▣ 08장: MNIST를 활용한 숫자 인식
8.1 문제 정의하기
8.2 이 장의 중요 개념
8.3 신경망과 딥러닝
8.4 활성화 함수와 ReLU 함수
8.5 GPU 사용하기
__구글 코랩 상에서 설정
__파이토치 상에서 설정
__GPU 디바이스 확인
__GPU 사용 규칙
8.6 데이터 전처리
8.7 미니 배치 학습법
8.8 데이터 준비 1 (Dataset을 활용해 불러오기)
__데이터 입수
8.9 데이터 준비 2 (Transforms를 활용한 데이터 전처리)
__스텝 1. ToTensor 사용하기
__스텝 2. Normalize 사용하기
__스텝 3. Lambda 클래스를 사용해 1차원으로 텐서 변환하기
8.10 데이터 준비 3 (데이터로더를 활용한 미니 배치 데이터 생성)
8.11 모델 정의
8.12 경사 하강법
__예측 계산
__손실 계산
8.13 결과 확인
8.14 은닉층 추가하기
__모델 정의
__경사 계산 결과

[03부] 머신러닝 실전편

▣ 09장: CNN을 활용한 이미지 인식
9.1 문제 정의하기
9.2 이 장의 중요 개념
9.3 CNN의 처리 개요
__CNN의 전체상
__합성곱 처리
__풀링 처리
9.4 파이토치에서 CNN을 구현하는 방법
__CNN의 전체 구성
__nn.Conv2d와 nn.MaxPool2d
__합성곱 처리와 풀링 처리 시뮬레이션
__nn.Sequential
__nn.Flatten
9.5 공통 함수 사용하기
__eval_loss(손실 계산)
__fit(학습)
__evaluate_history(학습 로그)
__show_images_labels(예측 결과 표시)
__torch_seed(난수 고정)
9.6 데이터 준비
__Transforms 정의
__데이터셋 정의
__데이터로더 정의
__검증 데이터를 이미지로 표시
9.7 모델 정의(전결합형)
9.8 결과(전결합형)
__학습
__평가
9.9 모델 정의(CNN)
__forward 함수의 구조
__nn.Sequential 클래스 사용
__가장 앞의 nn.Linear 함수의 입력 차원수
__모델의 개요 표시
9.10 결과(CNN)
__모델 초기화와 학습
__평가

▣ 10장: 튜닝 기법
10.1 이 장의 중요 개념
10.2 신경망의 다층화
10.3 최적화 함수
__SGD(Stochastic Gradient Descent)
__모멘텀(Momentum)
__Adam
10.4 과학습의 대응 방법
__드롭아웃(Dropout)
__배치 정규화(Batch Normalization)
__데이터 증강(Data Augmentation)
10.5 공통 함수의 라이브러리화
10.6 층을 깊게 쌓은 모델 구현하기
__클래스 정의
__인스턴스 생성
__학습
10.7 최적화 함수 선택
10.8 드롭아웃
10.9 배치 정규화
10.10 데이터 증강 기법

▣ 11장: 사전 학습 모델 활용하기
11.1 이 장의 중요 개념
11.2 사전 학습 모델
11.3 파인 튜닝과 전이 학습
11.4 적응형 평균 풀링 함수(nn.AdaptiveAvgPool2d 함수)
11.5 데이터 준비
11.6 ResNet-18 불러오기
11.7 최종 레이어 함수 교체하기
11.8 학습과 결과 평가
__초기 설정
__학습
__학습 결과 평가
11.9 VGG-19-BN 활용하기
__모델 불러오기
__모델 구조 확인
__최종 레이어 함수 교체
__손실 계산 그래프 시각화
__학습
__학습 결과 평가

▣ 12장: 사용자 정의 데이터를 활용한 이미지 분류
12.1 문제 정의하기
12.2 이 장의 중요 개념
__데이터 다운로드, 압축 해제, 트리 구조 출력
12.3 데이터 준비
__tree 커맨드 인스톨
__다운로드
__압축 해제
__Transforms 정의
__ImageFolder 사용
__데이터셋 정의
__데이터로더 정의
12.4 파인 튜닝의 경우
12.5 전이 학습의 경우
12.6 사용자 정의 데이터를 사용하는 경우
__Transforms 정의
__데이터셋 정의
__데이터로더 정의
__훈련·검증 데이터 이미지 출력
__모델 정의
__예측 결과

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저자소개

아카이시 마사노리 [저] 신작알림 SMS신청
생년월일 -

1985년에 도쿄대학공학부 계수공학과를 졸업하고 1987년 도쿄대학공학계 연구과 계수공학 석사 과정을 수료한 후 일본 IBM에 입사했다. 도쿄 기초 연구소에서 수식 처리 시스템을 연구, 개발하다 1993년 시스템 엔지니어 부문으로 옮겨 오픈 시스템의 인프라 설계 및 구축, 애플리케이션 설계 등의 업무를 수행했다. 2013년에는 스마트 시티 사업에 참여하고 2016년에는 왓슨(Watson) 사업부로 옮겨 현재까지 이르고 있다.
저서로는 《왓슨 스튜디오로 시작하는 머신러닝, 심층학습》 《실무 현장에서 사용할 수 있다! Python 자연어 처리 입문》이 있다. 교토정보대학원대학

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하승민 [역] 신작알림 SMS신청
생년월일 -

일본 리츠메이칸 대학에서 물리학과를 졸업하고, 동대학원 물리학(이학)석사 학위를 취득했다. 머신러닝과 딥러닝, 프로그래밍을 독학하며 실무경력을 쌓았고, 현재는 프로메디우스(Promedius Inc.)에서 AI Researcher로 재직 중이다. 전공은 끈이론과 등각장론이지만, 형식적인 물리학 이론이나 수학이라면 대부분 좋아하고(특히 양자역학과 일반상대성이론), 최근에는 양자 컴퓨터와 관련된 서적을 읽으며 여가시간을 보낸다.

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