Обучение модели машинного обучения – нейронная сеть – проблема островов

Я работал над следующей задачей leetcode:

Дана двумерная сетка из ‘1’ (суша) и ‘0’ (вода), посчитайте количество островов. Остров окружен водой и образуется за счет соединения соседних участков суши по горизонтали или вертикали. Вы можете предположить, что все четыре края сетки окружены водой.

Пример 1:

Входные данные: 11110 11010 11000 00000

Выходные данные: 1

Пример 2:

Входные данные: 11000 11000 00100 00011

Выходные данные: 3

И я написал следующее явное решение:

from collections import OrderedDict

class Solution:
    def numIslands(self, grid: List[List[str]]) -> int:
        if len(grid) == 0:
            return 0

        land = ones(grid)
        parcels = len(land)
        islands = 0

        while parcels > 0:

            unexplored = []
            start = land.popitem()[0]
            parcels = parcels - 1

            print(start)

            up = (start[0] + 1, start[1])
            down = (start[0] - 1, start[1])
            left = (start[0], start[1] - 1)
            right = (start[0], start[1] + 1)

            if up in land:
                unexplored.append(up)
                del land[up]
            if down in land:
                unexplored.append(down)
                del land[down]
            if left in land:
                unexplored.append(left)
                del land[left]
            if right in land:
                unexplored.append(right)
                del land[right]

            while len(unexplored) > 0:

                start = unexplored.pop()
                parcels = parcels - 1

                up = (start[0] + 1, start[1])
                down = (start[0] - 1, start[1])
                left = (start[0], start[1] - 1)
                right = (start[0], start[1] + 1)

                if up in land:
                    unexplored.append(up)
                    del land[up]
                if down in land:
                    unexplored.append(down)
                    del land[down]
                if left in land:
                    unexplored.append(left)
                    del land[left]
                if right in land:
                    unexplored.append(right)
                    del land[right]

            islands += 1

        return islands

def ones(grid):
    ones = OrderedDict()
    height = len(grid)
    width = len(grid[0])

    for i in range(0,height):
        for j in range(0,width):
            if grid[i][j] == "1":
                ones[(i,j)] = 1

    return ones

Но моя интуиция подсказала мне, что нахождение количества островов в сетке из единиц и нулей должно быть хорошей задачей для машинного обучения, связанной с обнаружением изображений.

Поэтому я написал следующий код для генерации тестовых случаев:

from random import randint

def make_grid():

    width = 30
    height = 30
    grid = []

    for i in range(0,height):
        row = []
        for j in range(0,width):
            if randint(0,1) == 0:
                row.append("0")
            else:
                row.append("1")
        grid.append(row)

    return grid

Затем я сгенерировал 60 000 случаев и оценил их с помощью моего явного решения. Я разделил их на 50 000 обучающих случаев и 10 000 тестовых случаев.

Затем я попытался подать обучающие случаи в сеть Keras, где было 64 узла на слой и 10 слоев, используя relu и функцию активации softmax в конце. Я обучал модель в течение 250 итераций.

Я получил низкую точность статистики по распознаванию количества островов на “изображениях” как на обучающих, так и на тестовых случаях.

Затем я попытался подать их в сеть Keras, используя два сверточных слоя, первый 2×2, а второй 4×4 с 64 узлами каждый, за которыми следовали 2 полносвязных слоя с 64 узлами на слой. Я обучал модель в течение 3 итераций.

Я получил низкую точность статистики по предсказанию количества островов на “изображении” как на обучающих, так и на тестовых случаях.

Это просто плохая задача для нейронных сетей? Я использую неправильные сети? Мои сети слишком маленькие? Мне нужно увеличивать количество тестовых случаев?

Любое мнение будет признано полезным!

Для начала я бы начал с более простых тестовых случаев, так как они выглядят довольно сложными (смотрите пример того, что вы, похоже, пытаетесь смоделировать, ниже). Возможно, начните с сетки 10×10 и генерируйте от 1 до 5 островов разных размеров.