Convolutional Neural Network (CNN) menggunakan PyTorch

Artikel ini akan langsung berfokus pada implementasi Convolutional Neural Network (CNN) menggunakan PyTorch. Bagi yang ingin memperdalam teori dibalik CNN terlebih dahulu bisa baca pada link artikel sebelumnya yang berisi kumpulan sumber belajar CNN dan jika ingin memperdalam PyTorch, juga bisa baca artikel sebelumnya tentang PyTorch. Jika teman-teman ada yang ingin mengimplementasi menggunakan Tensorflow, silakan baca artikel ini.

Dataset

Kita akan menggunakan Convolutional Neural Network untuk mengklasifikasi citra barang-barang yang ada di sebuah toko (Freiburg Groceries Dataset). Dataset dan code bisa didownload di repository berikut.

Dataset yang digunakan jumlahnya akan lebih sedikit dari dataset asli agar mempercepat proses pelatihan. Dataset pada repo yang kita gunakan hanya terdiri dari 5 kelas, yakni citra produk Susu (MILK), Air mineral (WATER), soda (SODA), jus (JUICE), dan cuka (VINEGAR), dengan sekitar 900-an gambar untuk pelatihan dan 120 gambar untuk pengujian. Semua citra berukuran sama, yakni 256×256 pixel.

Convolutional Neural Network Data
salah satu citra dengan kelas “MILK”

Kita akan menggunakan dataset yang ada pada folder “train” untuk pelatihan dan yang ada pada folder “test” untuk pengujian. Pada tutorial ini kita masih belum menggunakan teknik validasi seperti menggunakan data validasi atau cross-validation.

Pengolahan Dataset di PyTorch

Untuk pengolahan citra ada dua package dari python yang bisa kita gunakan, yakni `torchvision.datasets` dan `torchvision.transforms`

from torchvision import transforms, datasets
Continue reading
pytorch

Tutorial Dasar PyTorch : Tensor dan Autograd

Saya mulai menggunakan PyTorch semenjak mengerjakan Tesis di tahun 2017 akhir. PyTorch merupakan pengembangan dari Torch Framework yang dikembangkan oleh Facebook dan difokuskan sebagai framework berbahasa Python untuk proses komputasi Machine Learning, sehingga bisa disandingkan dengan framework sejenis seperti Tensorflow (dikembangkan oleh Google), Keras, Theano (sudah tidak dikembangkan), Caffe2, dan lainnya.

Menurut saya salah satu keunggulan PyTorch dibanding framework lain adalah sintaks yang digunakan tidak terlalu beda dengan fungsi-fungsi pada Numpy, bahkan rasanya dia memiliki sintaks yang lebih rapi dan sederhana

Untuk memulai belajar PyTorch, menurut saya ada dua komponen utama yang perlu dipahami terlebih dahulu, yakni Tensor dan Autograd.

PyTorch Tensor

Tensor adalah sebuah tipe data atau class yang merepresentasikan sebuah array, atau tepatnya ndimensional array karena tidak terbatas pada dimensi-dimensi tertentu. Pada contoh di bawah adalah tensor dengan dimensi 1 bernilai [1,2,3]

Continue reading
movie recmmender system

Membuat Movie Recommender System Dengan Python

Pada artikel sebelumnya telah saya bahas sekilas serba-serbi recommender system. Kali ini kita akan coba membuat movie recommender system yang akan merekomendasikan film yang belum pernah ditonton seorang user berdasarkan riwayat film yang telah dia rating sebelumnya (Content-Based Filtering). Implementasi recommender system ini akan menggunakan Python.

Step by Step Content-Based Recommender System

Sebelum kita mulai coding, saya akan tunjukkan perhitungan Content-based recommender system langkah per langkah. Sebenarnya ada banyak pengembangan dan metode lain yang dapat digunakan tapi untuk kali ini saya akan tunjukkan konsep dasar yang paling sederhana.

1. Buat matrix riwayat user

Content-based menggunakan riwayat user dan profil item sebagai bahan dasar saat merekomendasikan. Untuk movie recommender, pertama-tama kita buat matrix atau tabel yang barisnya merupakan daftar semua film yang telah dirating oleh user, dan kolomnya ada semua “fitur” atau profil dari sebuah film.

Continue reading

Word Embedding Bahasa Indonesia menggunakan Fasttext (tanpa Gensim)

Updated 11 Juli 2019: Fasttext released version 0.9.1

Pada artikel sebelumnya saya sempat menuliskan bagaimana menggunakan Gensim untuk me-load pre-trained model word embedding FastText. Ternyata metode tersebut “kebetulan” mudah digunakan untuk data bahasa Indonesia. Ketika kita memilih bahasa lain yang memiliki ukuran data lebih besar, menggunakan Gensim bisa jadi memunculkan masalah karena untuk me-load pre-trained model FastText, Gensim membutuhkan resource RAM yang cukup tinggi

Sebagai contoh jika kita coba me-load pre-trained model bahasa Inggris di Google Colab yang memiliki kapasitas RAM 12GB, Google Colab akan crash karena notebook kita menggunakan sumberdaya melebihi yang disediakan.

Berikut contoh program untuk me-load model bahasa Inggris menggunakan Gensim (detail sintaks program sebelumnya sudah sempat saya bahas di post sebelumnya)

# Install Gensim
!pip install --upgrade gensim

# Download dan unzip dataset
!wget https://dl.fbaipublicfiles.com/fasttext/vectors-crawl/cc.en.300.bin.gz
!gunzip cc.en.300.bin.gz
# Load model
from gensim.models.fasttext import FastText
model = FastText.load_fasttext_format('cc.en.300.bin')

Dan hasilnya, RAM kita yang 12GB itu secara perlahan akan habis digunakan. Lalu berakhir Google Colab kita akan mengalami crash dengan pesan berikut:

Untuk itu ada cara lain yang ingin saya bahas singkat di post ini bagaimana cara me-load pre-trained model Fasttext jika RAM kita terbatas

Menggunakan Fasttext Python Library

Seperti yang telah saya singgung di artikel sebelumnya, terdapat dua library yang dapat kita gunakan saat ingin menerapkan FastText di Python. Yang pertama adalah menggunakan Gensim, dan yang kedua adalah menggunakan package resmi dari FastText. Dokumentasinya dapat dibaca di halaman github ini.

Continue reading

Mengenal Google Colab

Apa itu Google Colab?

Seperti Google Drive, Google Doc, dan sebagainya, Google Colab adalah salah satu produk Google berbasis cloud yang bisa kita gunakan secara gratis. Perbedaannya adalah Google Colab dibuat khusus untuk para programmer atau researcher yang mungkin kesulitan untuk mendapatkan akses komputer dengan spek tinggi. Google Colab adalah coding environment bahasa pemrograman Python dengan format “notebook” (mirip dengan Jupyter notebook), atau dengan kata lain Google seakan meminjami kita komputer secara gratis! untuk membuat program oleh Google.

Saya sendiri beberapa kali telah menggunakan Google Colab untuk beragam keperluan dan merasakan banyak manfaatnya, beberapa manfaat yang saya rasakan:

  • Free GPU! Google Colab memudahkan kita untuk menjalankan program pada komputer dengan spek tinggi (GPU Tesla, RAM ~12GB, Disk ~300GB yang masih bisa sambung dengan Google Drive, akses internet cepat untuk download file besar) dan running dalam waktu yang lama (Google Colab mengizinkan kita untuk merunning program hingga 12 jam). Karenanya, bagi teman-teman yang ingin belajar Deep Learning tidak perlu khawatir lagi akan terhalang sulitnya mendapatkan akses komputer dengan spek tinggi.
  • Colaborate! Google Colab juga memudahkan kita berkolaborasi dengan orang lain dengan cara membagi kodingan secara online (mirip Google Doc). Kita bisa lebih mudah bereksperimen secara bersamaan, atau sekadar menggunakan fitur ini untuk mempelajari codingan orang lain yang telah rapi (karena format notebook)
  • Mudah berintegrasi! Google Colab terbilang sangat fleksibel dalam hal integrasi. Kita dapat dengan mudah menghubungkan Google Colab dengan jupyter notebook di komputer kita (local runtime), menghubungkan dengan Google Drive, atau dengan Github
  • Fleksibel! Salah satu yang saya favoritkan adalah kita bisa dengan mudah merunning deep learning program via HP! ya karena pada esensinya Google Colab hanya perlu running di browser, kita bisa mengawasi proses training (atau bahkan coding) via browser smartphone kita selama smartphone kita terhubung dengan Google Drive yang sama.

Bagimana cara menggunakannya?

Seperti Aplikasi Google pada umumnya, yang kita butuhkan adalah akun Google dan silakan ke https://colab.research.google.com/. Setelah itu kita akan disuguhkan tampilan sebagai berikut:

tampilan google colab

Untuk membuat notebook baru, cukup klik New Python 3 Notebook (atau Python 2 tergantung apa yang akan digunakan) lalu kita akan dibawa ke halaman yang mirip dengan Jupyter Notebook. Nantinya, setiap notebook yang kita buat akan disimpan di Google Drive kita.

tampilan google colab 2

Pengaturan GPU

Jika kita ingin menjalankan program Python kita menggunakan GPU (atau bahkan TPU), kita cukup perlu klik “Edit > Notebook Settings”, lalu pada bagian “Hardware Accelerator” pilih GPU.

mengatur gpu google colab

Hal-hal lain seputar Google Colab

Di bagian ini saya akan menjelaskan catatan-catatan tambahan penggunaan Colab yang tidak wajib kalian tahu, tapi siapa tahu akan bermanfaat nantinya.

Pip Package Installation

Ketika kita butuh instal python package di Colab, kita bisa melakukan instalasi menggunakan pip.

!pip install seaborn

Jika diperhatikan perintahnya sama seperti perintah instalasi pip pada umumnya, hanya saja bedanya di awali dengan tanda !. Tanda tersebut digunakan sebagai penanda bahwa perintah yang akan kita jalankan adalah command line. Kita juga bisa menggunakan tanda ! untuk perintah terminal lain seperti !wget untuk mendownload dataset, !gzip untuk mengextract file zip, !cp untuk mengcopy file, dan sebagainya.

Menghubungkan dengan Google Drive

Google Colab akan mereset notebook beserta semua temporary filenya maksimal 12 jam sekali. Karenanya akan lebih baik jika file yang akan kita gunakan atau kita hasilkan tersimpan dengan rapi di Google Drive. Kita bisa melakukan hal tersebut dengan menjalankan program di bawah

from google.colab import drive
drive.mount('/content/drive')

Jika perintah di atas dijalankan, maka kita akan diberikan URL yang akan mengantarkan kita ke halaman permohonan akses Google Drive. Jika ktia sudah mengizinkan, kita akan diberikan kode yang dapat dituliskan di kolom kecil di akhir output tersebut.

Setelah terhubung, maka akan tampak daftar file di bagian kiri Notebook

Untuk mengakses file-file tersebut, kita arahkan proses load / save ke path drive/My Drive/FOLDERTUJUAN

Mengupload file ke Colab

Alternatif lain jika tidak ingin menghubungkan Google Colab ke Google Drive adalah dengan mengupload langsung file yang diperlukan ke Colab. Colab menyediakan tempat penyimpanan file sementara yang akan direstart (dihapus) dalam rentangan waktu tertentu.

Upload file ke Google Colab dengan perintah berikut:

from google.colab import files
upload = files.upload()

Jika perintah di atas di-run akan memunculkan kotak dialog untuk mengupload file. Perintah di atas cukup praktis untuk mengupload file-file kecil (bukan dataset besar, lebih mudah diletakkan di drive)

Pengaturan tema

Bagi yang suka coding dengan “night mode”, Colab juga menyediakan pilihan untuk mengubah tema notebooknya menjadi gelap. Pengubahan tema dilakukan di “tools” > “preferences” > “site”

dark google colab

Selain itu Colab juga menyediakan beberapa “hiburan” lain untuk diatur semisal memunculkan kucing (“kitty mode”) atau anjing (“corgy mode”) di atas layar atau juga percikan api (“power level”) jika mengetik panjang. Ini semua bisa ditemukan di “tools” > “preferences” > “miscellaneous”

Catatan seputar versi sistem

Perlu dicatat, tipe GPU dan versi Cuda (software “penghubung” komputasi menggunakan GPU) bisa jadi berbeda setiap kita buka Colab. Google Colab juga tidak menjamin akan selalu menginstall package Python termutakhir. Karenanya ada beberapa hal yang perlu diingat:

  1. Ketika melatih model machine learning pastikan semua-nya disimpan. “Semua” di sini mulai dari bobot neural network, parameter, modelnya, versi package, apapun! karena bisa jadi besok pas mau di-run lagi hasilnya berubah karena ada perubahan versi sistem. Ini khususnya ketika ada unsur “random” di kode kita.
  2. Ketika install package, pastikan dilengkapi dengan nomor versinya. agar tidak terpengaruh perubahan sistem:
!pip install torch==1.5 numpy==1.17

Penutup

Saya pribadi sangat merasa terbantu hingga saat ini dengan adanya Google Colab. Saya jadi tidak perlu repot izin pinjam komputer lab atau mengusulkan pembelian komputer spek tinggi di kantor. Saya sudah menggunakan Colab untuk beberapa projek Deep Learning yang tidak terlalu besar, dan sampai saat ini kesannya positif, lumayan untuk belajar atau bahkan untuk menghasilkan model yang baik di kasus-kasus sederhana. Batasan 12 jam running juga tidak terlalu menghalangi karena dengan spek komputer yang sudah baik, proses running jadi tidak perlu selama itu kok.

Selamat mencoba! dan semoga bermanfaat!