圆月山庄资源网 Design By www.vgjia.com

这里,我们将采用Tensor Flow内建函数实现简单的CNN,并用MNIST数据集进行测试

第1步:加载相应的库并创建计算图会话

import numpy as np
import tensorflow as tf
from tensorflow.contrib.learn.python.learn.datasets.mnist import read_data_sets
import matplotlib.pyplot as plt
 
#创建计算图会话
sess = tf.Session()

第2步:加载MNIST数据集,这里采用TensorFlow自带数据集,MNIST数据为28×28的图像,因此将其转化为相应二维矩阵

#数据集
data_dir = 'MNIST_data'
mnist = read_data_sets(data_dir)
 
train_xdata = np.array([np.reshape(x,[28,28]) for x in mnist.train.images] )
test_xdata = np.array([np.reshape(x,[28,28]) for x in mnist.test.images] )
 
train_labels = mnist.train.labels
test_labels = mnist.test.labels

第3步:设置模型参数

这里采用随机批量训练的方法,每训练10次对测试集进行测试,共迭代1500次,学习率采用指数下降的方式,初始学习率为0.1,每训练10次,学习率乘0.9,为了进行对比,后面会给出固定学习率为0.01的损失曲线图和准确率图

#设置模型参数
 
batch_size = 100 #批量训练图像张数
initial_learning_rate = 0.1 #学习率
global_step = tf.Variable(0, trainable=False) ;
learning_rate = tf.train.exponential_decay(initial_learning_rate,
                      global_step=global_step,
                      decay_steps=10,decay_rate=0.9)
 
evaluation_size = 500 #测试图像张数
 
image_width = 28 #图像的宽和高
image_height = 28
 
target_size = 10  #图像的目标为0~9共10个目标
num_channels = 1    #灰度图,颜色通道为1
generations = 1500  #迭代500次
evaluation_step = 10 #每训练十次进行一次测试
 
conv1_features = 25  #卷积层的特征个数
conv2_features = 50
 
max_pool_size1 = 2  #池化层大小
max_pool_size2 = 2
 
fully_connected_size = 100 #全连接层的神经元个数

第4步:声明占位符,注意这里的目标y_target类型为int32整型

#声明占位符
 
x_input_shape = [batch_size,image_width,image_height,num_channels]
x_input = tf.placeholder(tf.float32,shape=x_input_shape)
y_target = tf.placeholder(tf.int32,shape=[batch_size])
 
evaluation_input_shape = [evaluation_size,image_width,image_height,num_channels]
evaluation_input = tf.placeholder(tf.float32,shape=evaluation_input_shape)
evaluation_target = tf.placeholder(tf.int32,shape=[evaluation_size])

第5步:声明卷积层和全连接层的权重和偏置,这里采用2层卷积层和1层隐含全连接层

#声明卷积层的权重和偏置
#卷积层1
#采用滤波器为4X4滤波器,输入通道为1,输出通道为25
conv1_weight = tf.Variable(tf.truncated_normal([4,4,num_channels,conv1_features],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
conv1_bias = tf.Variable(tf.truncated_normal([conv1_features],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
 
#卷积层2
#采用滤波器为4X4滤波器,输入通道为25,输出通道为50
conv2_weight = tf.Variable(tf.truncated_normal([4,4,conv1_features,conv2_features],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
conv2_bias = tf.Variable(tf.truncated_normal([conv2_features],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
 
#声明全连接层权重和偏置
 
#卷积层过后图像的宽和高
conv_output_width = image_width // (max_pool_size1 * max_pool_size2) #//表示整除
conv_output_height = image_height // (max_pool_size1 * max_pool_size2)
 
#全连接层的输入大小
full1_input_size = conv_output_width * conv_output_height *conv2_features
 
full1_weight = tf.Variable(tf.truncated_normal([full1_input_size,fully_connected_size],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
full1_bias = tf.Variable(tf.truncated_normal([fully_connected_size],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
 
full2_weight = tf.Variable(tf.truncated_normal([fully_connected_size,target_size],stddev=0.1,dtype=tf.float32))
full2_bias = tf.Variable(tf.truncated_normal([target_size],stddev=0.1,dtype=tf.float32))

第6步:声明CNN模型,这里的两层卷积层均采用Conv-ReLU-MaxPool的结构,步长为[1,1,1,1],padding为SAME

全连接层隐层神经元为100个,输出层为目标个数10

def my_conv_net(input_data):
 
  #第一层:Conv-ReLU-MaxPool
  conv1 = tf.nn.conv2d(input_data,conv1_weight,strides=[1,1,1,1],padding='SAME')
  relu1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv1,conv1_bias))
  max_pool1 = tf.nn.max_pool(relu1,ksize=[1,max_pool_size1,max_pool_size1,1],strides=[1,max_pool_size1,max_pool_size1,1],padding='SAME')
 
  #第二层:Conv-ReLU-MaxPool
  conv2 = tf.nn.conv2d(max_pool1, conv2_weight, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')
  relu2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv2, conv2_bias))
  max_pool2 = tf.nn.max_pool(relu2, ksize=[1, max_pool_size2, max_pool_size2, 1],
                strides=[1, max_pool_size2, max_pool_size2, 1], padding='SAME')
 
  #全连接层
  #先将数据转化为1*N的形式
  #获取数据大小
  conv_output_shape = max_pool2.get_shape().as_list()
  #全连接层输入数据大小
  fully_input_size = conv_output_shape[1]*conv_output_shape[2]*conv_output_shape[3] #这三个shape就是图像的宽高和通道数
  full1_input_data = tf.reshape(max_pool2,[conv_output_shape[0],fully_input_size])  #转化为batch_size*fully_input_size二维矩阵
  #第一层全连接
  fully_connected1 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(full1_input_data,full1_weight),full1_bias))
  #第二层全连接输出
  model_output = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(fully_connected1,full2_weight),full2_bias))#shape = [batch_size,target_size]
 
  return model_output
 
model_output = my_conv_net(x_input)
test_model_output = my_conv_net(evaluation_input)

第7步:定义损失函数,这里采用softmax函数作为损失函数

#损失函数
 
loss = tf.reduce_mean(tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=model_output,labels=y_target))

第8步:建立测评与评估函数,这里对输出层进行softmax,再通过np.argmax找出每行最大的数所在位置,再与目标值进行比对,统计准确率

#预测与评估
prediction = tf.nn.softmax(model_output)
test_prediction = tf.nn.softmax(test_model_output)
 
def get_accuracy(logits,targets):
  batch_predictions = np.argmax(logits,axis=1)#返回每行最大的数所在位置
  num_correct = np.sum(np.equal(batch_predictions,targets))
  return 100*num_correct/batch_predictions.shape[0]

第9步:初始化模型变量并创建优化器

#创建优化器
opt = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=learning_rate)
train_step = opt.minimize(loss)
 
#初始化变量
init = tf.initialize_all_variables()
sess.run(init)

第10步:随机批量训练并进行绘图

#开始训练
 
train_loss = []
train_acc = []
test_acc = []
Learning_rate_vec = []
for i in range(generations):
  rand_index = np.random.choice(len(train_xdata),size=batch_size)
  rand_x = train_xdata[rand_index]
  rand_x = np.expand_dims(rand_x,3)
  rand_y = train_labels[rand_index]
  Learning_rate_vec.append(sess.run(learning_rate, feed_dict={global_step: i}))
  train_dict = {x_input:rand_x,y_target:rand_y}
 
  sess.run(train_step,feed_dict={x_input:rand_x,y_target:rand_y,global_step:i})
  temp_train_loss = sess.run(loss,feed_dict=train_dict)
  temp_train_prediction = sess.run(prediction,feed_dict=train_dict)
  temp_train_acc = get_accuracy(temp_train_prediction,rand_y)
 
  #测试集
  if (i+1)%evaluation_step ==0:
    eval_index = np.random.choice(len(test_xdata),size=evaluation_size)
    eval_x = test_xdata[eval_index]
    eval_x = np.expand_dims(eval_x,3)
    eval_y = test_labels[eval_index]
 
 
    test_dict = {evaluation_input:eval_x,evaluation_target:eval_y}
    temp_test_preds = sess.run(test_prediction,feed_dict=test_dict)
    temp_test_acc = get_accuracy(temp_test_preds,eval_y)
 
    test_acc.append(temp_test_acc)
  train_acc.append(temp_train_acc)
  train_loss.append(temp_train_loss)
 
 
 
 
#画损失曲线
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax.plot(train_loss,'k-')
ax.set_xlabel('Generation')
ax.set_ylabel('Softmax Loss')
fig.suptitle('Softmax Loss per Generation')
 
#画准确度曲线
index = np.arange(start=1,stop=generations+1,step=evaluation_step)
fig2 = plt.figure()
ax2 = fig2.add_subplot(111)
ax2.plot(train_acc,'k-',label='Train Set Accuracy')
ax2.plot(index,test_acc,'r--',label='Test Set Accuracy')
ax2.set_xlabel('Generation')
ax2.set_ylabel('Accuracy')
fig2.suptitle('Train and Test Set Accuracy')
 
 
#画图
fig3 = plt.figure()
actuals = rand_y[0:6]
train_predictions = np.argmax(temp_train_prediction,axis=1)[0:6]
images = np.squeeze(rand_x[0:6])
Nrows = 2
Ncols =3
 
for i in range(6):
  ax3 = fig3.add_subplot(Nrows,Ncols,i+1)
  ax3.imshow(np.reshape(images[i],[28,28]),cmap='Greys_r')
  ax3.set_title('Actual: '+str(actuals[i]) +' pred: '+str(train_predictions[i]))
 
 
#画学习率
fig4 = plt.figure()
ax4 = fig4.add_subplot(111)
ax4.plot(Learning_rate_vec,'k-')
ax4.set_xlabel('step')
ax4.set_ylabel('Learning_rate')
fig4.suptitle('Learning_rate')
 
 
 
plt.show()

下面给出固定学习率图像和学习率随迭代次数下降的图像:

首先给出固定学习率图像:

下面是损失曲线

TensorFlow实现简单的CNN的方法

下面是准确率

TensorFlow实现简单的CNN的方法

我们可以看出,固定学习率损失函数下降速度较缓,同时其最终准确率为80%~90%之间就不再提高了

下面给出学习率随迭代次数降低的曲线:

首先给出学习率随迭代次数降低的损失曲线

TensorFlow实现简单的CNN的方法

然后给出相应的准确率曲线

TensorFlow实现简单的CNN的方法

我们可以看出其损失函数下降很快,同时准确率也可以达到90%以上

下面给出随机抓取的图像相应的识别情况:

TensorFlow实现简单的CNN的方法

至此我们实现了简单的CNN来实现MNIST手写图数据集的识别,如果想进一步提高其准确率,可以通过改变CNN网络参数,如通道数、全连接层神经元个数,过滤器大小,学习率,训练次数,加入dropout层等等,也可以通过增加CNN网络深度来进一步提高其准确率

下面给出一组参数:

初始学习率:initial_learning_rate=0.05

迭代步长:decay_steps=50,每50步改变一次学习率

下面是仿真结果:

TensorFlow实现简单的CNN的方法

TensorFlow实现简单的CNN的方法

TensorFlow实现简单的CNN的方法

TensorFlow实现简单的CNN的方法

我们可以看出,通过调整超参数,其既保证了损失函数能够快速下降,又进一步提高了其模型准确率,我们在训练次数为1500次的基础上,准确率已经达到97%以上。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。

标签:
TensorFlow实现CNN

圆月山庄资源网 Design By www.vgjia.com
广告合作:本站广告合作请联系QQ:858582 申请时备注:广告合作(否则不回)
免责声明:本站文章均来自网站采集或用户投稿,网站不提供任何软件下载或自行开发的软件! 如有用户或公司发现本站内容信息存在侵权行为,请邮件告知! 858582#qq.com
圆月山庄资源网 Design By www.vgjia.com

稳了!魔兽国服回归的3条重磅消息!官宣时间再确认!

昨天有一位朋友在大神群里分享,自己亚服账号被封号之后居然弹出了国服的封号信息对话框。

这里面让他访问的是一个国服的战网网址,com.cn和后面的zh都非常明白地表明这就是国服战网。

而他在复制这个网址并且进行登录之后,确实是网易的网址,也就是我们熟悉的停服之后国服发布的暴雪游戏产品运营到期开放退款的说明。这是一件比较奇怪的事情,因为以前都没有出现这样的情况,现在突然提示跳转到国服战网的网址,是不是说明了简体中文客户端已经开始进行更新了呢?