SVD と TensorFlow Core API を使用して画像を圧縮する方法

コンテンツ概要 導入 セットアップ SVDの基本 Low Rank Approximation with SVD(低ランクアプローチ) 画像ロード 画像圧縮アルゴリズム 評価アプローチ 圧縮因子VSランク 単一値の累積的合計 エラーとユニークな値 結論 導入 このチュートリアルでは、テクニックの (SVD)および低ランク接近問題のためのアプリケーション. SVDは、実際のまたは複雑なマトリックスを要素化するために使用され、画像圧縮などのデータサイエンスにおけるさまざまな用例を持っています。 プロジェクト 単一価値分解 イメージ セットアップ import matplotlib from matplotlib.image import imread from matplotlib import pyplot as plt import requests # Preset Matplotlib figure sizes. matplotlib.rcParams['figure.figsize'] = [16, 9] import tensorflow as tf print(tf.__version__) 2024-08-15 02:40:31.007111: E external/local_xla/xla/stream_executor/cuda/cuda_fft.cc:485] Unable to register cuFFT factory: Attempting to register factory for plugin cuFFT when one has already been registered 2024-08-15 02:40:31.028202: E external/local_xla/xla/stream_executor/cuda/cuda_dnn.cc:8454] Unable to register cuDNN factory: Attempting to register factory for plugin cuDNN when one has already been registered 2024-08-15 02:40:31.034794: E external/local_xla/xla/stream_executor/cuda/cuda_blas.cc:1452] Unable to register cuBLAS factory: Attempting to register factory for plugin cuBLAS when one has already been registered 2.17.0 SVDの基本 A マトリックスの単一値分解は、次の因子化によって決定される。 A = こだわり どこ Am×n: input matrix where m≥n Um×n: orthogonal matrix, UTU=I, with each column, ui, denoting a left singular vector of A Σn×n: 各ダイガーナ入力、 σi、Aの単一値を表すダイガーナルマトリックス VTn×n: orthogonal matrix, VTV=I, with each row, vi, denoting a right singular vector of A m<n の場合、U と Σ は両方とも次元(m×m)、VT は次元(m×n)を持っています。 TensorFlowの線形アルジェベラパッケージには、 , which can be used to calculate the singular value decomposition of one or more matrices. Start by defining a simple matrix and calculating its SVD factorization. シンプルなマトリックスを定義し、そのSVD因子化を計算することから始める。 tf.linalg.svd A = tf.random.uniform(shape=[40,30]) # Compute the SVD factorization s, U, V = tf.linalg.svd(A) # Define Sigma and V Transpose S = tf.linalg.diag(s) V_T = tf.transpose(V) # Reconstruct the original matrix A_svd = U@S@V_T # Visualize plt.bar(range(len(s)), s); plt.xlabel("Singular value rank") plt.ylabel("Singular value") plt.title("Bar graph of singular values"); WARNING: All log messages before absl::InitializeLog() is called are written to STDERR I0000 00:00:1723689633.424919 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.428762 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.432420 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.437707 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.449819 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.453529 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.457079 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.460600 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.464019 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.467451 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.470857 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689633.474376 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.696864 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.698995 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.701043 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.703182 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.705235 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.707223 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.709163 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.711162 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.713114 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.715090 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.717036 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.719041 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.757916 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.759983 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.761969 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.764105 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.766234 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.768229 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.770180 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.772176 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.774158 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.776614 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.779022 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 I0000 00:00:1723689634.781451 126589 cuda_executor.cc:1015] successful NUMA node read from SysFS had negative value (-1), but there must be at least one NUMA node, so returning NUMA node zero. See more at https://github.com/torvalds/linux/blob/v6.0/Documentation/ABI/testing/sysfs-bus-pci#L344-L355 THE この機能は、マトリックスの再構築を直接出力から計算するために使用できます。 . tf.einsum tf.linalg.svd A_svd = tf.einsum('s,us,vs -> uv',s,U,V) print('\nReconstructed Matrix, A_svd', A_svd) Reconstructed Matrix, A_svd tf.Tensor( [[0.819255 0.95082176 0.30085772 ... 0.34306473 0.9112067 0.45277762] [0.71988434 0.20786765 0.3098724 ... 0.82478774 0.82917416 0.19994356] [0.23278469 0.17072585 0.10488278 ... 0.60508984 0.8121238 0.10594818] ... [0.10953172 0.72077066 0.30288345 ... 0.5790409 0.15389094 0.11265922] [0.44894537 0.04313891 0.6947845 ... 0.41589245 0.6668094 0.53494996] [0.79140556 0.47814542 0.24980234 ... 0.32851136 0.86007696 0.32692394]], shape=(40, 30), dtype=float32) SVDとの低ランク接近 A マトリックスのランクは、その列によって広がるベクトル空間の次元によって決定されます. The SVD can be used to approximate a matrix with a lower rank, which ultimately decreases the dimensionality of data required to store the information represented by the matrix. SVDの点でAのRang-rの近似は、次の公式によって定義される。 Ar=UrΣrVrT どこ Urm×r: U の最初の r 列からなるマトリックス Σrr×r:diagonal matrix consisting of the first r singular values in Σ Vrr×nT: VTの最初のr行からなるマトリックス この低レベルのアプローチ手順は画像圧縮に使用されるため、各アプローチの物理データのサイズを計算することも有用です。シンプルさのために、ランクアプローチマトリックスのデータサイズは、アプローチを計算するために必要な要素の合計数に等しいと仮定します。次に、元のマトリックス、AのランクRのアプローチ、Arとエラーマトリックス、A−Arを視覚化するための関数を書きましょう。 def rank_r_approx(s, U, V, r, verbose=False): # Compute the matrices necessary for a rank-r approximation s_r, U_r, V_r = s[..., :r], U[..., :, :r], V[..., :, :r] # ... implies any number of extra batch axes # Compute the low-rank approximation and its size A_r = tf.einsum('...s,...us,...vs->...uv',s_r,U_r,V_r) A_r_size = tf.size(U_r) + tf.size(s_r) + tf.size(V_r) if verbose: print(f"Approximation Size: {A_r_size}") return A_r, A_r_size def viz_approx(A, A_r): # Plot A, A_r, and A - A_r vmin, vmax = 0, tf.reduce_max(A) fig, ax = plt.subplots(1,3) mats = [A, A_r, abs(A - A_r)] titles = ['Original A', 'Approximated A_r', 'Error |A - A_r|'] for i, (mat, title) in enumerate(zip(mats, titles)): ax[i].pcolormesh(mat, vmin=vmin, vmax=vmax) ax[i].set_title(title) ax[i].axis('off') print(f"Original Size of A: {tf.size(A)}") s, U, V = tf.linalg.svd(A) Original Size of A: 1200 # Rank-15 approximation A_15, A_15_size = rank_r_approx(s, U, V, 15, verbose = True) viz_approx(A, A_15) Approximation Size: 1065 # Rank-3 approximation A_3, A_3_size = rank_r_approx(s, U, V, 3, verbose = True) viz_approx(A, A_3) Approximation Size: 213 予想どおり、低レベルのアプローチを使用すると、より正確なアプローチが得られますが、これらの低レベルのアプローチの品質は、実際の世界のシナリオではしばしば十分です。また、SVDによる低レベルのアプローチの主な目的は、データの次元性を減らすことではなく、データ自体のディスクスペースを減らすことです。しかし、入力マトリックスがより高次元になるにつれて、多くの低レベルのアプローチもデータのサイズを減らすことから恩恵を受けるようになります。 画像ロード 以下の画像はこちらでご覧いただけます。 ホームページ. Imagen は Google Research の Brain チームによって開発されたテキストから画像への拡散モデルです. AI はこの画像をプロンプトに基づいて作成しました: "Times Square で自転車に乗っている Corgi 犬の写真. それはサングラスとビーチの帽子を着ています." どれほどクールですか! あなたはまた、選択したカスタマイズされた画像をロードするために、下の URL を .jpg リンクに変更することができます。 イメージ JPEGファイルを読み込んだ後、Matplotlibは、赤、緑、青の3色チャンネルを含む2次元の画像を表す形状のマトリックスI(m×n×3)を出力します。 img_link = "https://imagen.research.google/main_gallery_images/a-photo-of-a-corgi-dog-riding-a-bike-in-times-square.jpg" img_path = requests.get(img_link, stream=True).raw I = imread(img_path, 0) print("Input Image Shape:", I.shape) Input Image Shape: (1024, 1024, 3) def show_img(I): # Display the image in matplotlib img = plt.imshow(I) plt.axis('off') return show_img(I) 画像圧縮アルゴリズム 現在、サンプル画像の低レベルのアプローチを計算するためにSVDを使用してください。画像が形状であることを思い出してください(1024×1024×3)と、SVD理論は2次元マトリックスにのみ適用されます。これはサンプル画像が3つのカラーチャンネルそれぞれに対応する3つの同じサイズのマトリックスにバッテリー化されなければならないことを意味します。これは、マトリックスを形状(3×1024×1024)に変換することによって行うことができます。アプローチエラーを明確に視覚化するためには、画像のRGB値を [0,255]から [0,1]に再スケールしてください。それらを視覚化する前に、この範囲内に下落するためのアプローチ値をクリップすることを忘れないでください。 この機能は役に立ちます。 tf.clip_by_value def compress_image(I, r, verbose=False): # Compress an image with the SVD given a rank I_size = tf.size(I) print(f"Original size of image: {I_size}") # Compute SVD of image I = tf.convert_to_tensor(I)/255 I_batched = tf.transpose(I, [2, 0, 1]) # einops.rearrange(I, 'h w c -> c h w') s, U, V = tf.linalg.svd(I_batched) # Compute low-rank approximation of image across each RGB channel I_r, I_r_size = rank_r_approx(s, U, V, r) I_r = tf.transpose(I_r, [1, 2, 0]) # einops.rearrange(I_r, 'c h w -> h w c') I_r_prop = (I_r_size / I_size) if verbose: # Display compressed image and attributes print(f"Number of singular values used in compression: {r}") print(f"Compressed image size: {I_r_size}") print(f"Proportion of original size: {I_r_prop:.3f}") ax_1 = plt.subplot(1,2,1) show_img(tf.clip_by_value(I_r,0.,1.)) ax_1.set_title("Approximated image") ax_2 = plt.subplot(1,2,2) show_img(tf.clip_by_value(0.5+abs(I-I_r),0.,1.)) ax_2.set_title("Error") return I_r, I_r_prop 次に、次の順位のランクアウトを計算します: 100, 50, 10 I_100, I_100_prop = compress_image(I, 100, verbose=True) Original size of image: 3145728 Number of singular values used in compression: 100 Compressed image size: 614700 Proportion of original size: 0.195 I_50, I_50_prop = compress_image(I, 50, verbose=True) Original size of image: 3145728 Number of singular values used in compression: 50 Compressed image size: 307350 Proportion of original size: 0.098 I_10, I_10_prop = compress_image(I, 10, verbose=True) Original size of image: 3145728 Number of singular values used in compression: 10 Compressed image size: 61470 Proportion of original size: 0.020 評価アプローチ 効果を測定し、マトリックスアプローチをよりコントロールするためのさまざまな興味深い方法があります。 圧縮因子VSランク 上記のそれぞれのアプローチでは、データサイズがランクとともにどのように変化するかを観察してください。 plt.figure(figsize=(11,6)) plt.plot([100, 50, 10], [I_100_prop, I_50_prop, I_10_prop]) plt.xlabel("Rank") plt.ylabel("Proportion of original image size") plt.title("Compression factor vs rank"); このプロットに基づいて、およそ画像の圧縮因子とそのランクの間には、線形関係があります。これをさらに探るには、およそマトリックス、Arのデータサイズは、その計算に必要な要素の合計数として定義されていることを思い出してください。 x=(m×r)+r+(r×n)=r×(m+n+1) c=xy=r×(m+n+1)m×n どこ x : 空気の大きさ y : サイズ A c=xy:圧縮因子 r:Rang of the Approximation(アプローチのランク) m と n: A の行と列のサイズ 望ましい因子、c に画像を圧縮するために必要なランク、r を見つけるために、上記の方程式は r を解決するために再編成することができる: r=c×m×nm+n+1 この公式は、それぞれのRGBアプローチが相互に影響しないため、カラーチャネルサイズに独立していることに注意してください. Now, write a function to compress an input image given a desired compression factor. def compress_image_with_factor(I, compression_factor, verbose=False): # Returns a compressed image based on a desired compression factor m,n,o = I.shape r = int((compression_factor * m * n)/(m + n + 1)) I_r, I_r_prop = compress_image(I, r, verbose=verbose) return I_r 画像を元のサイズの15%まで圧縮します。 compression_factor = 0.15 I_r_img = compress_image_with_factor(I, compression_factor, verbose=True) Original size of image: 3145728 Number of singular values used in compression: 76 Compressed image size: 467172 Proportion of original size: 0.149 単一値の累積的合計 単一値の累積的合計は、ランク-r 接近によってキャプチャされたエネルギーの量の有用な指標である可能性があります。 サンプル画像の単一値の RGB 平均累積的比率を視覚化します。 この機能は役に立つかもしれません。 tf.cumsum def viz_energy(I): # Visualize the energy captured based on rank # Computing SVD I = tf.convert_to_tensor(I)/255 I_batched = tf.transpose(I, [2, 0, 1]) s, U, V = tf.linalg.svd(I_batched) # Plotting average proportion across RGB channels props_rgb = tf.map_fn(lambda x: tf.cumsum(x)/tf.reduce_sum(x), s) props_rgb_mean = tf.reduce_mean(props_rgb, axis=0) plt.figure(figsize=(11,6)) plt.plot(range(len(I)), props_rgb_mean, color='k') plt.xlabel("Rank / singular value number") plt.ylabel("Cumulative proportion of singular values") plt.title("RGB-averaged proportion of energy captured by the first 'r' singular values") viz_energy(I) この画像のエネルギーの90%以上が最初の100個の単一値内に収録されているように見えます. Now, write a function to compress an input image given a desired energy retention factor. def compress_image_with_energy(I, energy_factor, verbose=False): # Returns a compressed image based on a desired energy factor # Computing SVD I_rescaled = tf.convert_to_tensor(I)/255 I_batched = tf.transpose(I_rescaled, [2, 0, 1]) s, U, V = tf.linalg.svd(I_batched) # Extracting singular values props_rgb = tf.map_fn(lambda x: tf.cumsum(x)/tf.reduce_sum(x), s) props_rgb_mean = tf.reduce_mean(props_rgb, axis=0) # Find closest r that corresponds to the energy factor r = tf.argmin(tf.abs(props_rgb_mean - energy_factor)) + 1 actual_ef = props_rgb_mean[r] I_r, I_r_prop = compress_image(I, r, verbose=verbose) print(f"Proportion of energy captured by the first {r} singular values: {actual_ef:.3f}") return I_r 画像を圧縮して、そのエネルギーの75%を保持します。 energy_factor = 0.75 I_r_img = compress_image_with_energy(I, energy_factor, verbose=True) Original size of image: 3145728 Number of singular values used in compression: 35 Compressed image size: 215145 Proportion of original size: 0.068 Proportion of energy captured by the first 35 singular values: 0.753 エラーとユニークな値 また、アプローチエラーとシングル値の間には興味深い関係があります. It turns out that the square Frobenius norm of the approximation is equal to the sum of the squares of its singular values that were left out: このチュートリアルの初めに示す例マトリックスのランク10アプローチでこの関係をテストしてください。 s, U, V = tf.linalg.svd(A) A_10, A_10_size = rank_r_approx(s, U, V, 10) squared_norm = tf.norm(A - A_10)**2 s_squared_sum = tf.reduce_sum(s[10:]**2) print(f"Squared Frobenius norm: {squared_norm:.3f}") print(f"Sum of squared singular values left out: {s_squared_sum:.3f}") Squared Frobenius norm: 33.021 Sum of squared singular values left out: 33.021 結論 このノートは、TensorFlowでシングル値分解を実装し、画像圧縮アルゴリズムを書くためにそれを適用するプロセスを紹介しました。 TensorFlow Core API は、さまざまな高性能科学コンピューティング用例に使用できます。 TensorFlow の線形アルジェベラ機能について詳しく知るには、linalg モジュールのドキュメントをご覧ください。 SVD は、推奨システムの構築にも適用できます。 TensorFlow Core API の使用の詳細については、こちらをご覧ください。 . データのロードおよび準備についてもっと知りたい場合は、上記のチュートリアルをご覧ください または . ガイド 画像データロード CSVデータロード 最初はTensorFlowのウェブサイトに掲載され、この記事はここに新しいタイトルの下に表示され、CC BY 4.0でライセンスを受けています。 最初はTensorFlowのウェブサイトに掲載され、この記事はここに新しいタイトルの下に表示され、CC BY 4.0でライセンスを受けています。 TensorFlowについて TensorFlowについて