寫個(gè)網(wǎng)頁(yè)更簡(jiǎn)單了！讓AI根據(jù)手繪原型生成HTML - 教程+代碼

小新編譯自 Insight Data Blog

量子位出品 | 公眾號(hào) QbitAI

寫個(gè)網(wǎng)頁(yè)能有多麻煩？在大多數(shù)公司里，這項(xiàng)工作分為三步：

1. 產(chǎn)品經(jīng)理完成用戶調(diào)研任務(wù)后，列出一系列技術(shù)要求；

2. 設(shè)計(jì)師根據(jù)這些要求來(lái)設(shè)計(jì)低保真原型，逐漸修改得到高保真原型和UI設(shè)計(jì)圖；

3. 工程師將這些設(shè)計(jì)圖實(shí)現(xiàn)為代碼，最終變成用戶使用的產(chǎn)品。

這么多環(huán)節(jié)，任何地方出一點(diǎn)問(wèn)題，都會(huì)拉長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。因此，不少公司，比如Airbnb已經(jīng)開(kāi)始用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)提高這個(gè)過(guò)程的效率。

△ Airbnb內(nèi)部的AI工具，從圖紙到代碼一步到位

看起來(lái)很美好，但Airbnb還沒(méi)公開(kāi)該模型中端到端訓(xùn)練的細(xì)節(jié)，以及手工設(shè)計(jì)的圖像特征對(duì)該模型的貢獻(xiàn)度。這是該公司特有的閉源解決方案專利，可能不會(huì)進(jìn)行公開(kāi)。

好在，一個(gè)叫Ashwin Kumar的程序員創(chuàng)建了一個(gè)開(kāi)源版本，讓開(kāi)發(fā)者/設(shè)計(jì)師的工作變得更簡(jiǎn)單。

以下內(nèi)容翻譯自他的博客：

理想上，這個(gè)模型可以根據(jù)網(wǎng)站設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單手繪原型，很快地生成一個(gè)可用的HTML網(wǎng)站：

△ SketchCode模型利用手繪線框圖來(lái)生成HTML網(wǎng)站

事實(shí)上，上面例子就是利用訓(xùn)練好的模型在測(cè)試集上生成的一個(gè)實(shí)際網(wǎng)站，代碼請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：https://github.com/ashnkumar/sketch-code。

從圖像標(biāo)注中獲取靈感

目前要解決的問(wèn)題屬于一種更廣泛的任務(wù)，叫做程序綜合（program synthesis），即自動(dòng)生成工作源代碼。盡管很多程序綜合研究通過(guò)自然語(yǔ)言規(guī)范或執(zhí)行追蹤法來(lái)生成代碼，但在當(dāng)前任務(wù)中，我會(huì)充分利用源圖像，即給出的手繪線框圖來(lái)展開(kāi)工作。

在機(jī)器學(xué)習(xí)中有一個(gè)十分熱門的研究領(lǐng)域，稱為圖像標(biāo)注（image caption），目的是構(gòu)建一種把圖像和文本連接在一起的模型，特別是用于生成源圖像內(nèi)容的描述。

△ 圖像標(biāo)注模型生成源圖像的文本描述

我從一篇pix2code論文和另一個(gè)應(yīng)用這種方法的相關(guān)項(xiàng)目中獲得靈感，決定把我的任務(wù)按照?qǐng)D像標(biāo)注方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，把繪制的網(wǎng)站線框圖作為輸入圖像，并將其相應(yīng)的HTML代碼作為其輸出內(nèi)容。

注：上段提到的兩個(gè)參考項(xiàng)目分別是

pix2code論文：https://arxiv.org/abs/1705.07962

floydhub教程：https://blog.floydhub.com/turning-design-mockups-into-code-with-deep-learning/?source=techstories.org

獲取合適的數(shù)據(jù)集

確定圖像標(biāo)注方法后，理想中使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集會(huì)包含成千上萬(wàn)對(duì)手繪線框圖和對(duì)應(yīng)的HTML輸出代碼。但是，目前還沒(méi)有我想要的相關(guān)數(shù)據(jù)集，我只好為這個(gè)任務(wù)來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)集。

最開(kāi)始，我嘗試了pix2code論文給出的開(kāi)源數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集由1750張綜合生成網(wǎng)站的截圖及其相應(yīng)源代碼組成。

△ pix2code數(shù)據(jù)集中的生成網(wǎng)站圖片和源代碼

這是一個(gè)很好的數(shù)據(jù)集，有幾個(gè)有趣的地方：

該數(shù)據(jù)集中的每個(gè)生成網(wǎng)站都包含幾個(gè)簡(jiǎn)單的輔助程序元素，如按鈕、文本框和DIV對(duì)象。盡管這意味著這個(gè)模型受限于將這些少數(shù)元素作為它的輸出內(nèi)容，但是這些元素可通過(guò)選擇生成網(wǎng)絡(luò)來(lái)修改和擴(kuò)展。這種方法應(yīng)該很容易地推廣到更大的元素詞匯表。
每個(gè)樣本的源代碼都是由領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z(yǔ)言（DSL）的令牌組成，這是該論文作者為該任務(wù)所創(chuàng)建的。每個(gè)令牌對(duì)應(yīng)于HTML和CSS的一個(gè)片段，且加入編譯器把DSL轉(zhuǎn)換為運(yùn)行的HTML代碼。

彩色網(wǎng)站圖像變手繪圖

為了修改我的任務(wù)數(shù)據(jù)集，我要讓網(wǎng)站圖像看起來(lái)像手工繪制出的。我嘗試使用Python中的OpenCV庫(kù)和PIL庫(kù)等工具對(duì)每張圖像進(jìn)行修改，包括灰度轉(zhuǎn)換和輪廓檢測(cè)。

最終，我決定直接修改原始網(wǎng)站的CSS樣式表，通過(guò)執(zhí)行以下操作：

1. 更改頁(yè)面上元素的邊框半徑來(lái)平滑按鈕和DIV對(duì)象的邊緣；

2. 模仿繪制的草圖來(lái)調(diào)整邊框的粗細(xì)，并添加陰影；

3. 將原有字體更改為類似手寫的字體；

最終實(shí)現(xiàn)的流程中還增加了一個(gè)步驟，通過(guò)添加傾斜、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，來(lái)模擬實(shí)際繪制草圖中的變化。

使用圖像標(biāo)注模型架構(gòu)

現(xiàn)在，我已經(jīng)處理好數(shù)據(jù)集，接下來(lái)是構(gòu)建模型。

我利用了圖像標(biāo)注中使用的模型架構(gòu)，該架構(gòu)由三個(gè)主要部分組成：

1. 一種使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的計(jì)算機(jī)視覺(jué)模型，從源圖像提取圖像特征；

2. 一種包含門控單元GRU的語(yǔ)言模型，對(duì)源代碼令牌序列進(jìn)行編碼；

3. 一個(gè)解碼器模型，也屬于GRU單元，把前兩個(gè)步驟的輸出作為輸入，并預(yù)測(cè)序列中的下一個(gè)令牌。

△ 以令牌序列為輸入來(lái)訓(xùn)練模型

為了訓(xùn)練模型，我將源代碼拆分為令牌序列。模型的輸入為單個(gè)部分序列及它的源圖像，其標(biāo)簽是文本中的下一個(gè)令牌。該模型使用交叉熵函數(shù)作為損失函數(shù)，將模型的下個(gè)預(yù)測(cè)令牌與實(shí)際的下個(gè)令牌進(jìn)行比較。

在模型從頭開(kāi)始生成代碼的過(guò)程中，該推理方式稍有不同。圖像仍然通過(guò)CNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，但文本處理開(kāi)始時(shí)僅采用一個(gè)啟動(dòng)序列。在每個(gè)步驟中，模型對(duì)序列中輸出的下個(gè)預(yù)測(cè)令牌將會(huì)添加到當(dāng)前輸入序列，并作為新的輸入序列送到模型中；重復(fù)此操作直到模型的預(yù)測(cè)令牌為，或該過(guò)程達(dá)到每個(gè)文本中令牌數(shù)目的預(yù)定義值。

當(dāng)模型生成一組預(yù)測(cè)令牌后，編譯器就會(huì)將DSL令牌轉(zhuǎn)換為HTML代碼，這些HTML代碼可以在任何瀏覽器中運(yùn)行。

用BLEU分?jǐn)?shù)評(píng)估模型

我決定使用BLEU分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)估模型。這是機(jī)器翻譯任務(wù)中常用的一種度量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)在給定相同輸入的情況下，衡量機(jī)器生成的文本與人類可能產(chǎn)生內(nèi)容的近似程度。

實(shí)際上，BLEU通過(guò)比較生成文本和參考文本的N元序列，以創(chuàng)建修改后的準(zhǔn)確版本。它非常適用于這個(gè)項(xiàng)目，因?yàn)樗鼤?huì)影響生成HTML代碼中的實(shí)際元素，以及它們之間的相互關(guān)系。

最棒的是，我還可以通過(guò)檢查生成的網(wǎng)站來(lái)比較當(dāng)前的實(shí)際BLEU分?jǐn)?shù)。

△ 觀察BLEU分?jǐn)?shù)

當(dāng)BLEU分?jǐn)?shù)為1.0時(shí)，則說(shuō)明給定源圖像后該模型能在正確位置設(shè)置合適的元素，而較低的BLEU分?jǐn)?shù)這說(shuō)明模型預(yù)測(cè)了錯(cuò)誤元素或是把它們放在相對(duì)不合適的位置。我們最終模型在評(píng)估數(shù)據(jù)集上的BLEU分?jǐn)?shù)為0.76。

福利：定制網(wǎng)頁(yè)風(fēng)格

后來(lái)，我還想到，由于該模型只生成當(dāng)前頁(yè)面的框架，即文本的令牌，因此我可以在編譯過(guò)程中添加一個(gè)定制的CSS層，并立刻得到不同風(fēng)格的生成網(wǎng)站。

△ 一個(gè)手繪圖生成多種風(fēng)格的網(wǎng)頁(yè)

把風(fēng)格定制和模型生成兩個(gè)過(guò)程分開(kāi)，在使用模型時(shí)帶來(lái)了很多好處：

1.如果想要將SketchCode模型應(yīng)用到自己公司的產(chǎn)品中，前端工程師可以直接使用該模型，只需更改一個(gè)CSS文件來(lái)匹配該公司的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)風(fēng)格；

2. 該模型內(nèi)置的可擴(kuò)展性，即通過(guò)單一源圖像，模型可以迅速編譯出多種不同的預(yù)定義風(fēng)格，因此用戶可以設(shè)想出多種可能的網(wǎng)站風(fēng)格，并在瀏覽器中瀏覽這些生成網(wǎng)頁(yè)。

總結(jié)和展望

受到圖像標(biāo)注研究的啟發(fā)，SketchCode模型能夠在幾秒鐘內(nèi)將手繪網(wǎng)站線框圖轉(zhuǎn)換為可用的HTML網(wǎng)站。

但是，該模型還存在一些問(wèn)題，這也是我接下來(lái)可能的工作方向：

1. 由于這個(gè)模型只使用了16個(gè)元素進(jìn)行訓(xùn)練，所以它不能預(yù)測(cè)這些數(shù)據(jù)以外的令牌。下一步方向可能是使用更多元素來(lái)生成更多的網(wǎng)站樣本，包括網(wǎng)站圖片，下拉菜單和窗體，可參考啟動(dòng)程序組件（https://getbootstrap.com/docs/4.0/components/buttons/）來(lái)獲得思路；

2. 在實(shí)際網(wǎng)站構(gòu)建中，存在很多變化。創(chuàng)建一個(gè)能更好反映這種變化的訓(xùn)練集，是提高生成效果的一種好方法，可以通過(guò)獲取更多網(wǎng)站的HTML/CSS代碼以及內(nèi)容截圖來(lái)提高；

3. 手繪圖紙也存在很多CSS修改技巧無(wú)法捕捉到的變化。解決這個(gè)問(wèn)題的一種好方法是使用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)GAN來(lái)創(chuàng)建更逼真的繪制網(wǎng)站圖像。

ublime / vscode 快捷生成HTML代碼的實(shí)現(xiàn)

文章目錄

1.基本html結(jié)構(gòu)

2.生成div加類名的快捷鍵

3.帶類名的div

4.帶id的div

5.屬性【】

6.后代>

7.兄弟+

8.上級(jí)^

9.乘法*

10.文本{}

1、基本html結(jié)構(gòu)

操作：輸入 !+Enter鍵

注意：這里輸入“！”+回車鍵前，需要清空原來(lái)生成的基本結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)效果：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>Document</title>
</head>
<body>
     
</body>
</html>

2、生成div加類名的快捷鍵

操作：輸入 div.list>div.item_$*6

實(shí)現(xiàn)效果：

<div class="list">
    <div class="item_1"></div>
    <div class="item_2"></div>
    <div class="item_3"></div>
    <div class="item_4"></div>
    <div class="item_5"></div>
    <div class="item_6"></div>
</div>

3、帶類名的div

操作：輸入 div.wrapper

實(shí)現(xiàn)效果：

<div class="wrapper"></div>

4、帶id的div

操作： div#wrapper

實(shí)現(xiàn)效果：

<div id="wrapper"></div>

5、屬性 []

操作： span[title=“test”]

實(shí)現(xiàn)效果：

<span title="test"></span>

6、后代 >

操作：輸入div>span>a

實(shí)現(xiàn)效果：

<span title="test"></span>

7、兄弟 +

操作： div+p+span

實(shí)現(xiàn)效果：

<div></div>
<p></p>
<span></span>

8、上級(jí) ^

操作： div>span^i

實(shí)現(xiàn)效果：

<div><span></span></div>
<i></i>

9、乘法 *

操作： ul>li*2

實(shí)現(xiàn)效果：

<ul>
    <li></li>
    <li></li>
</ul>

10、文本 {}

操作： div>span{這是文本}

實(shí)現(xiàn)效果：

<div><span>這是文本</span></div>

CSDN 編者按】一個(gè)月前，我們?cè)l(fā)表過(guò)一篇標(biāo)題為《三年后，人工智能將徹底改變前端開(kāi)發(fā)？》的文章，其中介紹了一個(gè)彼時(shí)名列 GitHub 排行榜 TOP 1 的項(xiàng)目 —— Screenshot-to-code-in-Keras。在這個(gè)項(xiàng)目中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)深度學(xué)習(xí)，自動(dòng)把設(shè)計(jì)稿變成 HTML 和 CSS 代碼，同時(shí)其作者 Emil Wallner 表示，“三年后，人工智能將徹底改變前端開(kāi)發(fā)”。

這個(gè) Flag 一立，即引起了國(guó)內(nèi)外非常熱烈的討論，有喜有憂，有褒揚(yáng)有反對(duì)。對(duì)此，Emil Wallner 則以非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)踐撰寫了系列文章，尤其是在《Turning Design Mockups Into Code With Deep Learning》一文中，詳細(xì)分享了自己是如何根據(jù) pix2code 等論文構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的前端代碼生成模型，并細(xì)講了其利用 LSTM 與 CNN 將設(shè)計(jì)原型編寫為 HTML 和 CSS 網(wǎng)站的過(guò)程。

以下為全文：

在未來(lái)三年內(nèi)，深度學(xué)習(xí)將改變前端開(kāi)發(fā)，它可以快速創(chuàng)建原型，并降低軟件開(kāi)發(fā)的門檻。

去年，該領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展，其中 Tony Beltramelli 發(fā)表了 pix2code 的論文[1]，而 Airbnb 則推出了sketch2code[2]。

目前，前端開(kāi)發(fā)自動(dòng)化的最大障礙是計(jì)算能力。但是，現(xiàn)在我們可以使用深度學(xué)習(xí)的算法，以及合成的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，探索人工前端開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化。

本文中，我們將展示如何訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖編寫基本的 HTML 和 CSS 代碼。以下是該過(guò)程的簡(jiǎn)要概述：

提供設(shè)計(jì)圖給經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化成 HTML 代碼

大圖請(qǐng)點(diǎn)：https://blog.floydhub.com/generate_html_markup-b6ceec69a7c9cfd447d188648049f2a4.gif

渲染畫面

我們將通過(guò)三次迭代建立這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

首先，我們建立一個(gè)簡(jiǎn)化版，掌握基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。第二個(gè)版本是 HTML，我們將集中討論每個(gè)步驟的自動(dòng)化，并解釋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各層。在最后一個(gè)版本——Boostrap 中，我們將創(chuàng)建一個(gè)通用的模型來(lái)探索 LSTM 層。

你可以通過(guò) Github[3] 和 FloydHub[4] 的 Jupyter notebook 訪問(wèn)我們的代碼。所有的 FloydHub notebook 都放在“floydhub”目錄下，而 local 的東西都在“l(fā)ocal”目錄下。

這些模型是根據(jù) Beltramelli 的 pix2code 論文和 Jason Brownlee 的“圖像標(biāo)注教程”[5]創(chuàng)建的。代碼的編寫采用了 Python 和 Keras（TensorFlow 的上層框架）。

如果你剛剛接觸深度學(xué)習(xí)，那么我建議你先熟悉下 Python、反向傳播算法、以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。你可以閱讀我之前發(fā)表的三篇文章：

開(kāi)始學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)的第一周[6]
通過(guò)編程探索深度學(xué)習(xí)發(fā)展史[7]
利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給黑白照片上色[8]

核心邏輯

我們的目標(biāo)可以概括為：建立可以生成與設(shè)計(jì)圖相符的 HTML 及 CSS 代碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，你可以給出幾個(gè)截圖以及相應(yīng)的 HTML。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)逐個(gè)預(yù)測(cè)與之匹配的 HTML 標(biāo)簽進(jìn)行學(xué)習(xí)。在預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)查看截圖以及到這個(gè)點(diǎn)為止的所有正確的 HTML 標(biāo)簽。

下面的 Google Sheet 給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練數(shù)據(jù)：

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1xXwarcQZAHluorveZsACtXRdmNFbwGtN3WMNhcTdEyQ/edit?usp=sharing

當(dāng)然，還有其他方法[9]可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但創(chuàng)建逐個(gè)單詞預(yù)測(cè)的模型是目前最普遍的做法，所以在本教程中我們也使用這個(gè)方法。

請(qǐng)注意每次的預(yù)測(cè)都必須基于同一張截圖，所以如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要預(yù)測(cè) 20 個(gè)單詞，那么它需要查看同一張截圖 20 次。暫時(shí)先把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理放到一邊，讓我們先了解一下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出。

讓我們先來(lái)看看“之前的 HTML 標(biāo)簽”。假設(shè)我們需要訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)這樣一個(gè)句子：“I can code。”當(dāng)它接收到“I”的時(shí)候，它會(huì)預(yù)測(cè)“can”。下一步它接收到“I can”，繼續(xù)預(yù)測(cè)“code”。也就是說(shuō)，每一次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)接收所有之前的單詞，但是僅需預(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，它必須通過(guò)創(chuàng)建的特征把輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)連接起來(lái)，它需要建立一種表現(xiàn)方式來(lái)理解截圖中的內(nèi)容以及預(yù)測(cè)到的 HTML 語(yǔ)法。這個(gè)過(guò)程積累的知識(shí)可以用來(lái)預(yù)測(cè)下個(gè)標(biāo)簽。

利用訓(xùn)練好的模型開(kāi)展實(shí)際應(yīng)用與訓(xùn)練模型的過(guò)程很相似。模型會(huì)按照同一張截圖逐個(gè)生成文本。所不同的是，你無(wú)需提供正確的 HTML 標(biāo)簽，模型只接受迄今為止生成過(guò)的標(biāo)簽，然后預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽。預(yù)測(cè)從“start”標(biāo)簽開(kāi)始，當(dāng)預(yù)測(cè)到“end”標(biāo)簽或超過(guò)最大限制時(shí)終止。下面的 Google Sheet 給出了另一個(gè)例子：

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1yneocsAb_w3-ZUdhwJ1odfsxR2kr-4e_c5FabQbNJrs/edit#gid=0

Hello World 版本

讓我們?cè)囍鴦?chuàng)建一個(gè)“hello world”的版本。我們給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)顯示“Hello World”的網(wǎng)頁(yè)截圖，并教它怎樣生成 HTML 代碼。

大圖請(qǐng)點(diǎn)：https://blog.floydhub.com/hello_world_generation-039d78c27eb584fa639b89d564b94772.gif

首先，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化成一系列的像素值，每個(gè)像素包含三個(gè)通道（紅藍(lán)綠），數(shù)值為 0-255。

我在這里使用 one-hot 編碼[10]來(lái)描述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理解 HTML 代碼的方式。句子“I can code”的編碼如下圖所示：

上圖的例子中加入了“start”和“end”標(biāo)簽。這些標(biāo)簽可以提示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從哪里開(kāi)始預(yù)測(cè)，到哪里停止預(yù)測(cè)。

我們用句子作為輸入數(shù)據(jù)，第一個(gè)句子只包含第一個(gè)單詞，以后每次加入一個(gè)新單詞。而輸出數(shù)據(jù)始終只有一個(gè)單詞。

句子的邏輯與單詞相同，但它們還需要保證輸入數(shù)據(jù)具有相同的長(zhǎng)度。單詞的上限是詞匯表的大小，而句子的上限則是句子的最大長(zhǎng)度。如果句子的長(zhǎng)度小于最大長(zhǎng)度，就用空單詞補(bǔ)齊——空單詞就是全零的單詞。

如上圖所示，單詞是從右向左排列的，這樣可以強(qiáng)迫每個(gè)單詞在每輪訓(xùn)練中改變位置。這樣模型就能學(xué)習(xí)單詞的順序，而非記住每個(gè)單詞的位置。

下圖是四次預(yù)測(cè)，每行代表一次預(yù)測(cè)。等式左側(cè)是用紅綠藍(lán)三個(gè)通道的數(shù)值表示的圖像，以及之前的單詞。括號(hào)外面是每次的預(yù)測(cè)，最后一個(gè)紅方塊代表結(jié)束。

#Length of longest sentencemax_caption_len = 3#Size of vocabularyvocab_size = 3# Load one screenshot for each word and turn them into digitsimages = []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 modelimages = preprocess_input(images)#Turn start tokens into one-hot encodinghtml_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 encodingnext_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 featureVGG = VGG16(weights='imagenet', include_top=True)# Extract the features from the imagefeatures = VGG.predict(images)#Load the feature to the network, apply a dense layer, and repeat the vectorvgg_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 seqencelanguage_input = Input(shape=(vocab_size, vocab_size))language_model = LSTM(5, return_sequences=True)(language_input)# Concatenate the information from the image and the inputdecoder = concatenate([vgg_feature_repeat, language_model])# Extract information from the concatenated outputdecoder = LSTM(5, return_sequences=False)(decoder)# Predict which word comes nextdecoder_output = Dense(vocab_size, activation='softmax')(decoder)# Compile and run the neural networkmodel = Model(inputs=[vgg_feature, language_input], outputs=decoder_output)model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='rmsprop')# Train the neural networkmodel.fit([features, html_input], next_words, batch_size=2, shuffle=False, epochs=1000)

在 hello world 版本中，我們用到了 3 個(gè) token，分別是“start”、“<HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML>”和“end”。token 可以代表任何東西，可以是一個(gè)字符、單詞或者句子。選擇字符作為 token 的好處是所需的詞匯表較小，但是會(huì)限制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)。選擇單詞作為 token 具有最好的性能。

接下來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)：

# Create an empty sentence and insert the start tokensentence = np.zeros((1, 3, 3)) # [[0,0,0], [0,0,0], [0,0,0]]start_token = [1., 0., 0.] # startsentence[0][2] = start_token # place start in empty sentence# Making the first prediction with the start tokensecond_word = model.predict([np.array([features[1]]), sentence])# Put the second word in the sentence and make the final predictionsentence[0][1] = start_tokensentence[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 sentencesentence[0][0] = start_tokensentence[0][1] = np.round(second_word)sentence[0][2] = np.round(third_word)# Transform our one-hot predictions into the final tokensvocabulary = ["start", "<HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML>", "end"]for i in sentence[0]: print(vocabulary[np.argmax(i)], end=' ')

輸出結(jié)果

10 epochs：start start start
100 epochs：start <HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML> <HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML>
300 epochs：start <HTML><center><H1>Hello World!</H1></center></HTML> end

在這之中，我犯過(guò)的錯(cuò)誤

先做出可以運(yùn)行的第一版，再收集數(shù)據(jù)。在這個(gè)項(xiàng)目的早期，我曾成功地下載了整個(gè) Geocities 托管網(wǎng)站的一份舊的存檔，里面包含了 3800 萬(wàn)個(gè)網(wǎng)站。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的潛力，我沒(méi)有考慮到歸納一個(gè) 10 萬(wàn)大小詞匯表的巨大工作量。
處理 TB 級(jí)的數(shù)據(jù)需要好的硬件或巨大的耐心。在我的 Mac 遇到幾個(gè)難題后，我不得不使用強(qiáng)大的遠(yuǎn)程服務(wù)器。為了保證工作流程的順暢，需要做好心里準(zhǔn)備租用一臺(tái) 8 CPU 和 1G 帶寬的礦機(jī)。
關(guān)鍵在于搞清楚輸入和輸出數(shù)據(jù)。輸入 X 是一張截圖和之前的 HTML 標(biāo)簽。而輸出 Y 是下一個(gè)標(biāo)簽。當(dāng)我明白了輸入和輸出數(shù)據(jù)之后，理解其余內(nèi)容就很簡(jiǎn)單了。試驗(yàn)不同的架構(gòu)也變得更加容易。
保持專注，不要被誘惑。因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目涉及了深度學(xué)習(xí)的許多領(lǐng)域，很多地方讓我深陷其中不能自拔。我曾花了一周的時(shí)間從頭開(kāi)始編寫 RNN，也曾經(jīng)沉迷于嵌入向量空間，還陷入過(guò)極限實(shí)現(xiàn)方式的陷阱。
圖片轉(zhuǎn)換到代碼的網(wǎng)絡(luò)只不過(guò)是偽裝的圖像標(biāo)注模型。即使我明白這一點(diǎn)，但還是因?yàn)樵S多圖像標(biāo)注方面的論文不夠炫酷而忽略了它們。掌握一些這方面的知識(shí)可以幫助我們加速學(xué)習(xí)問(wèn)題空間。

在 FloydHub 上運(yùn)行代碼

FloydHub 是深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練平臺(tái)。我在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了這個(gè)平臺(tái)，從那以后我一直用它訓(xùn)練和管理我的深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)。你可以在 10 分鐘之內(nèi)安裝并開(kāi)始運(yùn)行模型，它是在云端 GPU 上運(yùn)行模型的最佳選擇。

如果你沒(méi)用過(guò) FloydHub，請(qǐng)參照官方的“2 分鐘安裝手冊(cè)”或我寫的“5 分鐘入門教程”[11]。

克隆代碼倉(cāng)庫(kù)：

git clone https://github.com/emilwallner/Screenshot-to-code-in-Keras.git

登錄及初始化 FloydHub 的命令行工具：

cd Screenshot-to-code-in-Kerasfloyd login
floyd init s2c

在 FloydHub 的云端 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

所有的 notebook 都保存在“FloydHub”目錄下，而 local 的東西都在“l(fā)ocal”目錄下。運(yùn)行之后，你可以在如下文件中找到第一個(gè) notebook：

floydhub/Helloworld/helloworld.ipynb

如果你想了解詳細(xì)的命令參數(shù)，請(qǐng)參照我這篇帖子：

https://blog.floydhub.com/colorizing-b&w-photos-with-neural-networks/

HTML 版本

在這個(gè)版本中，我們將自動(dòng)化 Hello World 模型中的部分步驟。本節(jié)我們將集中介紹如何讓模型處理任意多的輸入數(shù)據(jù)，以及建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵部分。

這個(gè)版本還不能根據(jù)任意網(wǎng)站預(yù)測(cè) HTML，但是我們將在此嘗試解決關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題，向最終的成功邁進(jìn)一大步。

概述

我們可以把之前的解說(shuō)圖擴(kuò)展為如下：

上圖中有兩個(gè)主要部分。首先是編碼部分。編碼部分負(fù)責(zé)建立圖像特征和之前的標(biāo)簽特征。特征是指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建的最小單位的數(shù)據(jù)，用于連接設(shè)計(jì)圖和 HTML 代碼。在編碼部分的最后，我們把圖像的特征連接到之前的標(biāo)簽的每個(gè)單詞。

另一個(gè)主要部分是解碼部分。解碼部分負(fù)責(zé)接收聚合后的設(shè)計(jì)圖和 HTML 代碼的特征，并創(chuàng)建下一個(gè)標(biāo)簽的特征。這個(gè)特征通過(guò)一個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽。

設(shè)計(jì)圖的特征

由于我們需要給每個(gè)單詞添加一張截圖，所以這會(huì)成為訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中的瓶頸。所以我們不直接使用圖片，而是從中提取生成標(biāo)簽所必需的信息。

提取的信息經(jīng)過(guò)編碼后保存在圖像特征中。這項(xiàng)工作可以由事先訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）完成。該模型可以通過(guò) ImageNet 上的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。

CNN 的最后一層是分類層，我們可以從前一層提取圖像特征。

最終我們可以得到 1536 個(gè) 8x8 像素的圖片作為特征。盡管我們很難理解這些特征的含義，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以從中提取元素的對(duì)象和位置。

HTML 標(biāo)簽的特征

在 hello world 版本中，我們采用了 one-hot 編碼表現(xiàn) HTML 標(biāo)簽。在這個(gè)版本中，我們將使用單詞嵌入（word embedding）作為輸入信息，輸出依然用 one-hot 編碼。

我們繼續(xù)采用之前的方式分析句子，但是匹配每個(gè) token 的方式有所變化。之前的 one-hot 編碼把每個(gè)單詞當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的單元，而這里我們把輸入數(shù)據(jù)中的每個(gè)單詞轉(zhuǎn)化成一系列數(shù)字，它們代表 HTML 標(biāo)簽之間的關(guān)系。

上例中的單詞嵌入是 8 維的，而實(shí)際上根據(jù)詞匯表的大小，其維度會(huì)在 50 到 500 之間。

每個(gè)單詞的 8 個(gè)數(shù)字表示權(quán)重，與原始的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)很相似。它們表示單詞之間的關(guān)系（Mikolov 等，2013[12]）。

以上就是我們建立 HTML 標(biāo)簽特征的過(guò)程。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)此特征在輸入和輸出數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系。暫時(shí)先不用擔(dān)心具體的內(nèi)容，我們會(huì)在下節(jié)中深入討論這個(gè)問(wèn)題。

編碼部分

我們需要把單詞嵌入的結(jié)果輸入到 LSTM 中，并返回一系列標(biāo)簽特征，再把這些特征送入 Time distributed dense 層——你可以認(rèn)為這是擁有多個(gè)輸入和輸出的 dense 層。

同時(shí)，圖像特征首先需要被展開(kāi)（flatten），無(wú)論數(shù)值原來(lái)是什么結(jié)構(gòu)，它們都會(huì)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)巨大的數(shù)值列表；然后經(jīng)過(guò) dense 層建立更高級(jí)的特征；最后把這些特征與 HTML 標(biāo)簽的特征連接起來(lái)。

這可能有點(diǎn)難理解，下面我們逐一分解開(kāi)來(lái)看看。

HTML 標(biāo)簽特征

首先我們把單詞嵌入的結(jié)果輸入到 LSTM 層。如下圖所示，所有的句子都被填充到最大長(zhǎng)度，即三個(gè) token。

為了混合這些信號(hào)并找到更高層的模式，我們加入 TimeDistributed dense 層進(jìn)一步處理 LSTM 層生成的 HTML 標(biāo)簽特征。TimeDistributed dense 層是擁有多個(gè)輸入和輸出的 dense 層。

圖像特征

同時(shí)，我們需要處理圖像。我們把所有的特征（小圖片）轉(zhuǎn)化成一個(gè)長(zhǎng)數(shù)組，其中包含的信息保持不變，只是進(jìn)行重組。

同樣，為了混合信號(hào)并提取更高層的信息，我們添加一個(gè) dense 層。由于輸入只有一個(gè)，所以我們可以使用普通的 dense 層。為了與 HTML 標(biāo)簽特征相連接，我們需要復(fù)制圖像特征。

上述的例子中我們有三個(gè) HTML 標(biāo)簽特征，因此最終圖像特征的數(shù)量也同樣是三個(gè)。

連接圖像特征和 HTML 標(biāo)簽特征

所有的句子經(jīng)過(guò)填充后組成了三個(gè)特征。因?yàn)槲覀円呀?jīng)準(zhǔn)備好了圖像特征，所以現(xiàn)在可以把圖像特征分別添加到各自的 HTML 標(biāo)簽特征。

添加完成之后，我們得到了 3 個(gè)圖像-標(biāo)簽特征，這便是我們需要提供給解碼部分的輸入信息。

解碼部分

接下來(lái)，我們使用圖像-標(biāo)簽的結(jié)合特征來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)標(biāo)簽。

在下面的例子中，我們使用三對(duì)圖形-標(biāo)簽特征，輸出下一個(gè)標(biāo)簽的特征。

請(qǐng)注意，LSTM 層的 sequence 值為 false，所以我們不需要返回輸入序列的長(zhǎng)度，只需要預(yù)測(cè)一個(gè)特征，也就是下一個(gè)標(biāo)簽的特征，其內(nèi)包含了最終的預(yù)測(cè)信息。

最終預(yù)測(cè)

dense 層的工作原理與傳統(tǒng)的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相似，它把下個(gè)標(biāo)簽特征的 512 個(gè)數(shù)字與 4 個(gè)最終預(yù)測(cè)連接起來(lái)。用我們的單詞表達(dá)就是：start、hello、world 和 end。

其中，dense 層的 softmax 激活函數(shù)會(huì)生成 0-1 的概率分布，所有預(yù)測(cè)值的總和等于 1。比如說(shuō)詞匯表的預(yù)測(cè)可能是[0.1,0.1,0.1,0.7]，那么輸出的預(yù)測(cè)結(jié)果即為：第 4 個(gè)單詞是下一個(gè)標(biāo)簽。然后，你可以把 one-hot 編碼[0，0，0，1]轉(zhuǎn)換為映射值，得出“end”。

# Load the images and preprocess them for inception-resnetimages = []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 layerIR2 = InceptionResNetV2(weights='imagenet', include_top=False)features = IR2.predict(images)# We will cap each input sequence to 100 tokensmax_caption_len = 100# Initialize the function that will create our vocabularytokenizer = Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)# Read a document and return a stringdef load_doc(filename): file = open(filename, 'r') text = file.read() file.close() return text# Load all the HTML filesX = []all_filenames = listdir('html/')all_filenames.sort()for filename in all_filenames:X.append(load_doc('html/'+filename))# Create the vocabulary from the html filestokenizer.fit_on_texts(X)# Add +1 to leave space for empty wordsvocab_size = len(tokenizer.word_index) + 1# Translate each word in text file to the matching vocabulary indexsequences = tokenizer.texts_to_sequences(X)# The longest HTML filemax_length = max(len(s) for s in sequences)# Intialize our final input to the modelX, 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 encoderimage_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 decoderdecoder = concatenate([ir2_out, language_model])decoder = LSTM(512, return_sequences=False)(decoder)decoder_output = Dense(vocab_size, activation='softmax')(decoder)# Compile the modelmodel = Model(inputs=[image_features, language_input], outputs=decoder_output)model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='rmsprop')# Train the neural networkmodel.fit([image_data, X], y, batch_size=64, shuffle=False, epochs=2)# map an integer to a worddef 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 imagedef 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 HTMLtest_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)

輸出結(jié)果

生成網(wǎng)站的鏈接：

250 epochs： https://emilwallner.github.io/html/250_epochs/
350 epochs：https://emilwallner.github.io/html/350_epochs/
450 epochs：https://emilwallner.github.io/html/450_epochs/
550 epochs：https://emilwallner.github.io/html/450_epochs/

如果點(diǎn)擊上述鏈接看不到頁(yè)面的話，你可以選擇“查看源代碼”。下面是原網(wǎng)站的鏈接，僅供參考：

https://emilwallner.github.io/html/Original/

我犯過(guò)的錯(cuò)誤

與 CNN 相比，LSTM 遠(yuǎn)比我想像得復(fù)雜。為了更好的理解，我展開(kāi)了所有的 LSTM。關(guān)于 RNN 你可以參考這個(gè)視頻（http://course.fast.ai/lessons/lesson6.html）。另外，在理解原理之前，請(qǐng)先搞清楚輸入和輸出特征。
從零開(kāi)始創(chuàng)建詞匯表比削減大型詞匯表更容易。詞匯表可以包括任何東西，如字體、div 大小、十六進(jìn)制顏色、變量名以及普通單詞。
大多數(shù)的代碼庫(kù)可以很好地解析文本文檔，卻不能解析代碼。因?yàn)槲臋n中所有單詞都用空格分開(kāi)，但是代碼不同，所以你得自己想辦法解析代碼。
用 Imagenet 訓(xùn)練好的模型提取特征也許不是個(gè)好主意。因?yàn)?Imagenet 很少有網(wǎng)頁(yè)的圖片，所以它的損失率比從零開(kāi)始訓(xùn)練的 pix2code 模型高 30%。如果使用網(wǎng)頁(yè)截圖訓(xùn)練 inception-resnet 之類的模型，不知結(jié)果會(huì)怎樣。

Bootstrap 版本

在最后一個(gè)版本——Bootstrap 版本中，我們使用的數(shù)據(jù)集來(lái)自根據(jù) pix2code 論文生成的 bootstrap 網(wǎng)站。通過(guò)使用 Twitter 的 bootstrap（https://getbootstrap.com/），我們可以結(jié)合 HTML 和 CSS，并減小詞匯表的大小。

我們可以提供一個(gè)它從未見(jiàn)過(guò)的截圖，訓(xùn)練它生成相應(yīng)的 HTML 代碼。我們還可以深入研究它學(xué)習(xí)這個(gè)截圖和 HTML 代碼的過(guò)程。

拋開(kāi) bootstrap 的 HTML 代碼，我們?cè)谶@里使用 17 個(gè)簡(jiǎn)化的 token 訓(xùn)練它，然后翻譯成 HTML 和 CSS。這個(gè)數(shù)據(jù)集[13]包括 1500 個(gè)測(cè)試截圖和 250 個(gè)驗(yàn)證截圖。每個(gè)截圖上平均有 65 個(gè) token，包含 96925 個(gè)訓(xùn)練樣本。

通過(guò)修改 pix2code 論文的模型提供輸入數(shù)據(jù)，我們的模型可以預(yù)測(cè)網(wǎng)頁(yè)的組成，且準(zhǔn)確率高達(dá) 97%（我們采用了 BLEU 4-ngram greedy search，稍后會(huì)詳細(xì)介紹）。

端到端的方法

圖像標(biāo)注模型可以從事先訓(xùn)練好的模型中提取特征，但是經(jīng)過(guò)幾次實(shí)驗(yàn)后，我發(fā)現(xiàn) pix2code 的端到端的方法可以更好地為我們的模型提取特征，因?yàn)槭孪扔?xùn)練好的模型并沒(méi)有用網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練過(guò)，而且它本來(lái)的作用是分類。

在這個(gè)模型中，我們用輕量級(jí)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)替代了事先訓(xùn)練好的圖像特征。我們沒(méi)有采用 max-pooling 增加信息密度，但我們?cè)黾恿瞬介L(zhǎng)（stride），以確保前端元素的位置和顏色。

有兩個(gè)核心模型可以支持這個(gè)方法：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）。最常見(jiàn)的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是 LSTM，所以我選擇了 RNN。

關(guān)于 CNN 的教程有很多，我在別的文章里有介紹。此處我主要講解 LSTM。

理解 LSTM 中的 timestep

LSTM 中最難理解的內(nèi)容之一就是 timestep。原始的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以看作只有兩個(gè) timestep。如果輸入是“Hello”（第一個(gè) timestep），它會(huì)預(yù)測(cè)“World”（第二個(gè) timestep），但它無(wú)法預(yù)測(cè)更多的 timestep。下面的例子中輸入有四個(gè) timestep，每個(gè)詞一個(gè)。

LSTM 適用于包含 timestep 的輸入，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專門處理有序的信息。模型展開(kāi)后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，下行的每一步所持有的權(quán)重保持不變。另外，前一個(gè)輸出和新的輸入需要分別使用相應(yīng)的權(quán)重。

接下來(lái)，輸入和輸出乘以權(quán)重之后相加，再通過(guò)激活函數(shù)得到該 timestep 的輸出。由于權(quán)重不隨 timestep 變化，所以它們可以從多個(gè)輸入中獲得信息，從而掌握單詞的順序。

下圖通過(guò)簡(jiǎn)單圖例描述了一個(gè) LSTM 中每個(gè) timestep 的處理過(guò)程。

為了更好地理解這個(gè)邏輯，我建議你跟隨 Andrew Trask 的這篇精彩的教程[14]，嘗試從頭創(chuàng)建一個(gè) RNN。

理解 LSTM 層中的單元

LSTM 層中的單元（unit）數(shù)量決定了它的記憶能力，以及每個(gè)輸出特征的大小。再次強(qiáng)調(diào)，特征是一長(zhǎng)列的數(shù)值，用于在層與層之間的信息傳遞。

LSTM 層中的每個(gè)單元負(fù)責(zé)跟蹤語(yǔ)法中的不同信息。下圖描述了一個(gè)單元的示例，其內(nèi)保存了布局行“div”的信息。我們簡(jiǎn)化了 HTML 代碼，并用于訓(xùn)練 bootstrap 模型。

每個(gè) LSTM 單元擁有一個(gè)單元狀態(tài)（cell state）。你可以把單元狀態(tài)看作單元的記憶。權(quán)重和激活函數(shù)可以用各種方式改變狀態(tài)。因此 LSTM 層可以微調(diào)每個(gè)輸入所需要保存和丟棄的信息。

向輸入傳遞輸出特征的同時(shí)，還需傳遞單元狀態(tài)，LSTM 的每個(gè)單元都需要傳遞自己的單元狀態(tài)值。為了理解 LSTM 各部分的交互方式，我建議你可以閱讀：

Colah 的教程：https://colah.github.io/posts/2015-08-Understanding-LSTMs/
Jayasiri 的 Numpy 實(shí)現(xiàn)：http://blog.varunajayasiri.com/numpy_lstm.html
Karphay 的講座和文章：https://www.youtube.com/watch?v=yCC09vCHzF8； https://karpathy.github.io/2015/05/21/rnn-effectiveness/

dir_name = 'resources/eval_light/'# Read a file and return a stringdef load_doc(filename): file = open(filename, 'r') text = file.read() file.close() return textdef 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, texttrain_features, texts = load_data(dir_name)# Initialize the function to create the vocabularytokenizer = Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)# Create the vocabularytokenizer.fit_on_texts([load_doc('bootstrap.vocab')])# Add one spot for the empty word in the vocabularyvocab_size = len(tokenizer.word_index) + 1# Map the input sentences into the vocabulary indexestrain_sequences = tokenizer.texts_to_sequences(texts)# The longest set of boostrap tokensmax_sequence = max(len(s) for s in train_sequences)# Specify how many tokens to have in each input sentencemax_length = 48def 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 encoderimage_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 decoderdecoder = 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 modelmodel = 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 epochfilepath="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 modelmodel.fit([image_data, X], y, batch_size=64, shuffle=False, validation_split=0.1, callbacks=callbacks_list, verbose=1, epochs=50)

測(cè)試準(zhǔn)確度

很難找到合理的方式測(cè)量準(zhǔn)確度。你可以逐個(gè)比較單詞，但如果預(yù)測(cè)結(jié)果中有一個(gè)單詞出現(xiàn)了錯(cuò)位，那準(zhǔn)確率可能就是 0%了；如果為了同步預(yù)測(cè)而刪除這個(gè)詞，那么準(zhǔn)確率又會(huì)變成 99/100。

我采用了 BLEU 分?jǐn)?shù)，它是測(cè)試機(jī)器翻譯和圖像標(biāo)記模型的最佳選擇。它將句子分成四個(gè) n-grams，從 1 個(gè)單詞的序列逐步擴(kuò)展為 4 個(gè)單詞。下例，預(yù)測(cè)結(jié)果中的“cat”實(shí)際上應(yīng)該是“code”。

為了計(jì)算最終分?jǐn)?shù)，首先需要讓每個(gè) n-grams 的得分乘以 25%并求和，即(4/5) * 0.25 + (2/4) * 0.25 + (1/3) * 0.25 + (0/2) * 0.25 = 02 + 1.25 + 0.083 + 0 = 0.408；得出的總和需要乘以句子長(zhǎng)度的懲罰因子。由于本例中預(yù)測(cè)句子的長(zhǎng)度是正確的，因此這就是最終的分?jǐn)?shù)。

增加 n-grams 的數(shù)量可以提高難度。4 個(gè) n-grams 的模型最適合人類翻譯。為了進(jìn)一步了解 BLEU，我建議你可以用下面的代碼運(yùn)行幾個(gè)例子，并閱讀這篇 wiki 頁(yè)面[15]。

#Create a function to read a file and return its contentdef load_doc(filename): file = open(filename, 'r') text = file.read() file.close() return textdef 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 vocabularytokenizer = Tokenizer(filters='', split=" ", lower=False)#Create the vocabulary in a specific ordertokenizer.fit_on_texts([load_doc('bootstrap.vocab')])dir_name = '../../../../eval/'train_features, texts = load_data(dir_name)#load model and weightsjson_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 modelloaded_model.load_weights("../../../../weights.hdf5")print("Loaded model from disk")# map an integer to a worddef word_for_id(integer, tokenizer): for word, index in tokenizer.word_index.items(): if index == integer: return word return Noneprint(word_for_id(17, tokenizer))# generate a description for an imagedef 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_textmax_length = 48# evaluate the skill of the modeldef 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, predictedbleu, actual, predicted = evaluate_model(loaded_model, texts, train_features, tokenizer, max_length)#Compile the tokens into HTML and cssdsl_path = "compiler/assets/web-dsl-mapping.json"compiler = Compiler(dsl_path)compiled_website = compiler.compile(predicted[0], 'index.html')print(compiled_website )print(bleu)

輸出

輸出示例的鏈接

網(wǎng)站 1：

生成的網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/pred_1/
原網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/real_1/

網(wǎng)站 2：

生成的網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/pred_2/
原網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/real_2/

網(wǎng)站 3：

生成的網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/pred_3/
原網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/real_3/

網(wǎng)站 4：

生成的網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/pred_4/
原網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/real_4/

網(wǎng)站 5：

生成的網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/pred_5/
原網(wǎng)站：https://emilwallner.github.io/bootstrap/real_5/

我犯過(guò)的錯(cuò)誤

學(xué)會(huì)理解模型的弱點(diǎn)，避免盲目測(cè)試模型。剛開(kāi)始的時(shí)候，我隨便嘗試了一些東西，比如 batch normalization、bidirectional network，還試圖實(shí)現(xiàn) attention。看了測(cè)試數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)這些并不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)顏色和位置，我開(kāi)始意識(shí)到這是 CNN 的弱點(diǎn)。因此我放棄了 maxpooling，改為增加步長(zhǎng)。結(jié)果測(cè)試損失從 0.12 降到了 0.02，BLEU 分?jǐn)?shù)從 85%提高到了 97%。
只使用相關(guān)的事先訓(xùn)練好的模型。在數(shù)據(jù)集很小的時(shí)候，我以為事先訓(xùn)練好的圖像模型能夠提高效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，端到端的模型雖然更慢，訓(xùn)練也需要更多的內(nèi)存，但準(zhǔn)確率能提高 30%。
在遠(yuǎn)程服務(wù)器上運(yùn)行模型時(shí)要為一些差異做好準(zhǔn)備。在我的 Mac 上運(yùn)行時(shí)，文件是按照字母順序讀取的。但在遠(yuǎn)程服務(wù)器上卻是隨機(jī)讀取的。結(jié)果造成了截圖和代碼不匹配的問(wèn)題。雖然依然能夠收斂，但在我修復(fù)了這個(gè)問(wèn)題后，測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率提高了 50%。
務(wù)必要理解庫(kù)函數(shù)。詞匯表中的空 token 需要包含空格。一開(kāi)始我沒(méi)加空格，結(jié)果就漏了一個(gè) token。直到看了幾次最終輸出結(jié)果，注意到它從來(lái)不會(huì)預(yù)測(cè)某個(gè) token 的時(shí)候，我才發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題。檢查后發(fā)現(xiàn)那個(gè) token 不在詞匯表里。此外，要保證訓(xùn)練和測(cè)試時(shí)使用的詞匯表的順序相同。
試驗(yàn)時(shí)使用輕量級(jí)的模型。用 GRU 替換 LSTM 可以讓每個(gè) epoch 的時(shí)間減少 30%，而且不會(huì)對(duì)性能有太大影響。

下一步

深度學(xué)習(xí)很適合應(yīng)用在前端開(kāi)發(fā)中，因?yàn)楹苋菀咨蓴?shù)據(jù)，而且如今的深度學(xué)習(xí)算法可以覆蓋絕大多數(shù)的邏輯。

其中一個(gè)最有意思的方面是在 LSTM 中使用 attention 機(jī)制[16]。它不僅能提高準(zhǔn)確率，而且可以幫助我們觀察 CSS 在生成 HTML 代碼的時(shí)候，它的注意力在何處。

Attention 還是 HTML 代碼、樣式表、腳本甚至后臺(tái)之間溝通的關(guān)鍵因素。attention 層可以追蹤參數(shù)，幫助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在不同編程語(yǔ)言之間溝通。

但是短期內(nèi)，最大的難題還在于找到一個(gè)可擴(kuò)展的方法用于生成數(shù)據(jù)。這樣才能逐步加入字體、顏色、單詞以及動(dòng)畫。

迄今為止，很多人都在努力實(shí)現(xiàn)繪制草圖并將其轉(zhuǎn)化為應(yīng)用程序的模板。不出兩年，我們就能實(shí)現(xiàn)在紙上繪制應(yīng)用程序，并在一秒內(nèi)獲得相應(yīng)的前端代碼。Airbnb 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)[17]和 Uizard[18] 已經(jīng)創(chuàng)建了兩個(gè)原型。

下面是一些值得嘗試的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)

Getting started：

運(yùn)行所有的模型
嘗試不同的超參數(shù)
嘗試不同的 CNN 架構(gòu)
加入 Bidirectional 的 LSTM 模型
使用不同的數(shù)據(jù)集實(shí)現(xiàn)模型[19]（你可以通過(guò) FloydHub 的參數(shù)“--data ”掛載這個(gè)數(shù)據(jù)集：emilwallner/datasets/100k-html:data）

高級(jí)實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)建能利用特定的語(yǔ)法穩(wěn)定生成任意應(yīng)用程序/網(wǎng)頁(yè)的生成器
生成應(yīng)用程序模型的設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)。將應(yīng)用程序或網(wǎng)頁(yè)的截圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)，并使用 GAN 產(chǎn)生變化。
通過(guò) attention 層觀察每次預(yù)測(cè)時(shí)的圖像焦點(diǎn)，類似于這個(gè)模型：https://arxiv.org/abs/1502.03044
創(chuàng)建模塊化方法的框架。比如一個(gè)模型負(fù)責(zé)編碼字體，一個(gè)負(fù)責(zé)顏色，另一個(gè)負(fù)責(zé)布局，并利用解碼部分將它們結(jié)合在一起。你可以從靜態(tài)圖像特征開(kāi)始嘗試。
為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供簡(jiǎn)單的 HTML 組成單元，訓(xùn)練它利用 CSS 生成動(dòng)畫。如果能加入 attention 模塊，觀察輸入源的聚焦就更完美了。

最后，非常感謝 Tony Beltramelli 和 Jon Gold 提供的研究成果和想法，以及對(duì)各種問(wèn)題的解答。謝謝 Jason Brownlee 貢獻(xiàn)他的 stellar Keras 教程（我在核心的 Keras 實(shí)現(xiàn)中加入了幾個(gè)他的教程中介紹的 snippets），謝謝 Beltramelli 提供的數(shù)據(jù)。還要謝謝 Qingping Hou、Charlie Harrington、 Sai Soundararaj、 Jannes Klaas、 Claudio Cabral、 Alain Demenet 和 Dylan Djian 審閱本篇文章。

相關(guān)鏈接

[1] pix2code 論文：https://arxiv.org/abs/1705.07962

[2] sketch2code：https://airbnb.design/sketching-interfaces/

[3] https://github.com/emilwallner/Screenshot-to-code-in-Keras/blob/master/README.md

[4] https://www.floydhub.com/emilwallner/projects/picturetocode

[5] https://machinelearningmastery.com/blog/page/2/

[6] https://blog.floydhub.com/my-first-weekend-of-deep-learning/

[7] https://blog.floydhub.com/coding-the-history-of-deep-learning/

[8] https://blog.floydhub.com/colorizing-b&w-photos-with-neural-networks/

[9] https://machinelearningmastery.com/deep-learning-caption-generation-models/

[10] https://machinelearningmastery.com/how-to-one-hot-encode-sequence-data-in-python/

[11] https://www.youtube.com/watch?v=byLQ9kgjTdQ&t=21s

[12] https://arxiv.org/abs/1301.3781

[13] https://github.com/tonybeltramelli/pix2code/tree/master/datasets

[14] https://iamtrask.github.io/2015/11/15/anyone-can-code-lstm/

[15] https://en.wikipedia.org/wiki/BLEU

[16] https://arxiv.org/pdf/1502.03044.pdf

[17] https://airbnb.design/sketching-interfaces/

[18] https://www.uizard.io/

[19] http://lstm.seas.harvard.edu/latex/

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獲取合適的數(shù)據(jù)集

彩色網(wǎng)站圖像變手繪圖

使用圖像標(biāo)注模型架構(gòu)

用BLEU分?jǐn)?shù)評(píng)估模型

福利：定制網(wǎng)頁(yè)風(fēng)格

總結(jié)和展望

相關(guān)地址

ublime / vscode 快捷生成HTML代碼的實(shí)現(xiàn)

文章目錄

1、基本html結(jié)構(gòu)

操作： 輸入 !+Enter鍵

實(shí)現(xiàn)效果：

2、生成div加類名的快捷鍵

操作： 輸入 div.list>div.item_$*6

實(shí)現(xiàn)效果：

3、帶類名的div

操作： 輸入 div.wrapper

實(shí)現(xiàn)效果：

4、帶id的div

操作： div#wrapper

實(shí)現(xiàn)效果：

5、屬性 []

操作： span[title=“test”]

實(shí)現(xiàn)效果：

6、后代 >

操作： 輸入div>span>a

實(shí)現(xiàn)效果：

7、兄弟 +

操作： div+p+span

實(shí)現(xiàn)效果：

8、上級(jí) ^

操作： div>span^i

實(shí)現(xiàn)效果：

9、乘法 *

操作： ul>li*2

實(shí)現(xiàn)效果：

10、文本 {}

操作： div>span{這是文本}

實(shí)現(xiàn)效果：

您的項(xiàng)目需求

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操作：輸入 div.list>div.item_$*6

操作：輸入 div.wrapper

4、帶id的div

5、屬性 []

6、后代 >

操作：輸入div>span>a

8、上級(jí) ^

9、乘法 *

10、文本 {}