TensorFlow入门系列——CNN小试牛刀 - 好文

tensorflow 是 google 开源的机器学习工具，在2015年11月其实现正式开源，开源协议Apache 2.0。

Tensorflow特点

*
使用图 (graph) 来表示计算任务.

如图计算两个数之和的乘积（a+b）*（b+1）

*
在被称之为会话 (Session) 的上下文 (context) 中执行图.

*
使用 tensor 表示数据.

*
通过变量 (Variable) 维护状态.

*
使用 feed 和 fetch 可以为任意的操作(arbitrary operation) 赋值或者从其中获取数据.

MNIST上基本分类操作

导入数据
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data mnist =
input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True) import tensorflow as tf
创建session

Tensorflow依赖于一个高效的C++后端来进行计算。
与后端的这个连接叫做session。
一般而言，使用TensorFlow程序的流程是先创建一个图，然后在session中启动它。
sess = tf.InteractiveSession()
构建模型
''' 我们通过为输入图像和目标输出类别创建节点，来开始构建计算图。 784是一张展平的MNIST图片的维度 ''' x =
tf.placeholder("float", shape=[None, 784]) y_ = tf.placeholder("float",
shape=[None, 10]) #为模型定义权重W和偏置b W = tf.Variable(tf.zeros([784,10])) b =
tf.Variable(tf.zeros([10])) #变量需要通过seesion初始化后，才能在session中使用。
sess.run(tf.initialize_all_variables()) ''' 类别预测与损失函数 ''' y =
tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W) + b) cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))
训练
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)
#每一步迭代，我们都会加载50个训练样本，然后执行一次train_step，并通过feed_dict将x 和 y_张量占位符用训练训练数据替代。 for i
in range(1000): batch = mnist.train.next_batch(50) train_step.run(feed_dict={x:
batch[0], y_: batch[1]})
评估
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y,1), tf.argmax(y_,1))# tf.equal
来检测我们的预测是否真实标签匹配(索引位置一样表示匹配)。 accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast
(correct_prediction,"float"))#将布尔值转换为浮点数来代表对、错，然后取平均值。例如：[True, False, True,
True]变为[1,0,1,1]，计算出平均值为0.75。 #计算出在测试数据上的准确率，大概是91%。 print (accuracy.eval
(feed_dict={x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels}))
计算出在测试数据上的准确率，大概是91%。

MNIST上使用CNN结果

构建一个多层卷积网络

权重初始化
def weight_variable(shape): initial = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1)
return tf.Variable(initial) def bias_variable(shape): initial = tf.constant(0.1
, shape=shape)return tf.Variable(initial)
卷积和池化
def conv2d(x, W): return tf.nn.conv2d(x, W, strides=[1, 1, 1, 1], padding=
'SAME') def max_pool_2x2(x): return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1, 2, 2, 1],
strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
第一层卷积

一个卷积接一个max pooling完成。卷积在每个5x5的patch中算出32个特征。
卷积的权重张量形状是[5, 5, 1, 32]，
前两个维度是patch的大小，接着是输入的通道数目，最后是输出的通道数目。
而对于每一个输出通道都有一个对应的偏置量。
W_conv1=weight_variable([5,5,1,32]) b_conv1=bias_variable([32])
#x变成一个4d向量，其第2、第3维对应图片的宽、高， #最后一维代表图片的颜色通道数(因为是灰度图所以这里的通道数为1，如果是rgb彩色图，则为3
x_image=tf.reshape(x,[-1,28,28,1])
#把x_image和权值向量进行卷积，加上偏置项，然后应用ReLU激活函数，最后进行max pooling。 h_conv1
=tf.nn.relu(conv2d(x_image,W_conv1)+b_conv1)h_pool1=max_pool_2x2(h_conv1)
第二层卷积

为了构建一个更深的网络，我们会把几个类似的层堆叠起来。第二层中，每个5x5的patch会得到64个特征。
W_conv2=weight_variable([5,5,32,64]) b_conv2=bias_variable([64]) h_conv2=
tf.nn.relu(conv2d(h_pool1,W_conv2)+b_conv2) h_pool2=max_pool_2x2(h_conv2)
密集连接层

现在，图片尺寸减小到7x7，我们加入一个有1024个神经元的全连接层，用于处理整个图片。
我们把池化层输出的张量reshape成一些向量，乘上权重矩阵，加上偏置，然后对其使用ReLU。
W_fc1=weight_variable([7*7*64,1024]) b_fc1=bias_variable([1024]) h_pool2_flat=
tf.reshape(h_pool2,[-1,7*7*64]) h_fc1=
tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool2_flat,W_fc1)+b_fc1)
为了减少过拟合，我们在输出层之前加入dropout。

我们用一个placeholder来代表一个神经元的输出在dropout中保持不变的概率。
这样我们可以在训练过程中启用dropout，在测试过程中关闭dropout。
keep_prob=tf.placeholder('float') h_fc1_drop=tf.nn.dropout(h_fc1,keep_prob)
输出层
W_fc2=weight_variable([1024,10]) b_fc2=bias_variable([10]) y_conv=
tf.nn.softmax(tf.matmul(h_fc1_drop,W_fc2)+b_fc2)
训练和评估模型

在feed_dict中加入额外的参数keep_prob来控制dropout比例。然后每100次迭代输出一次日志。
会用更加复杂的ADAM优化器来做梯度最速下降
cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y_conv)) train_step = tf.train
.AdamOptimizer(1e-4).minimize(cross_entropy) correct_prediction = tf.equal(tf
.argmax(y_conv,1), tf.argmax(y_,1)) accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast
(correct_prediction,"float")) sess.run(tf.initialize_all_variables()) for i in
range(20000): batch = mnist.train.next_batch(50) if i%100 == 0: train_accuracy
= accuracy.eval(feed_dict={ x:batch[0], y_: batch[1], keep_prob: 1.0}) print (
"step %d, training accuracy %g"%(i, train_accuracy)) train_step.run(feed_dict={x
: batch[0], y_: batch[1], keep_prob: 0.5}) print ("test accuracy %g"%accuracy
.eval(feed_dict={ x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels, keep_prob: 1.0}))
正确率会提升到99.2%左右

热门工具换一换