由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

作者:我是小白呀 时间:2021-06-04 23:57:52 

MNIST 数据集介绍

MNIST 包含 0~9 的手写数字, 共有 60000 个训练集和 10000 个测试集. 数据的格式为单通道 28*28 的灰度图.

LeNet 模型介绍

LeNet 网络最早由纽约大学的 Yann LeCun 等人于 1998 年提出, 也称 LeNet5. LeNet 是神经网络的鼻祖, 被誉为卷积神经网络的 “Hello World”.

卷积

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

池化 (下采样)

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

激活函数 (ReLU)

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

LeNet 逐层分析

1. 第一个卷积层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

2. 第一个池化层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

3. 第二个卷积层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

4. 第二个池化层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

5. 全连接卷积层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

6. 全连接层

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

7. 全连接层 (输出层)

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

代码实现

导包


from tensorflow.keras.datasets import mnist
from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np
import tensorflow as tf

读取 & 查看数据


# ------------------1. 读取 & 查看数据------------------

# 读取数据
(X_train, y_train), (X_test, y_test) = mnist.load_data()

# 数据集查看
print(X_train.shape)  # (60000, 28, 28)
print(y_train.shape)  # (60000,)
print(X_test.shape)  # (10000, 28, 28)
print(y_test.shape)  # (10000,)
print(type(X_train))  # <class 'numpy.ndarray'>

# 图片显示
plt.imshow(X_train[0], cmap="Greys")  # 查看第一张图片
plt.show()

数据预处理


# ------------------2. 数据预处理------------------

# 格式转换 (将图片从28*28扩充为32*32)
X_train = np.pad(X_train, ((0, 0), (2, 2), (2, 2)), "constant", constant_values=0)
X_test = np.pad(X_test, ((0, 0), (2, 2), (2, 2)), "constant", constant_values=0)
print(X_train.shape)  # (60000, 32, 32)
print(X_test.shape)  # (10000, 32, 32)

# 数据集格式变换
X_train = X_train.astype(np.float32)
X_test = X_test.astype(np.float32)

# 数据正则化
X_train /= 255
X_test /= 255

# 数据维度转换
X_train = np.expand_dims(X_train, axis=-1)
X_test = np.expand_dims(X_test, axis=-1)
print(X_train.shape)  # (60000, 32, 32, 1)
print(X_test.shape)  # (10000, 32, 32, 1)

模型建立


# 第一个卷积层
conv_layer_1 = tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), padding="valid", activation=tf.nn.relu)
# 第一个池化层
pool_layer_1 = tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size=(2, 2), padding="same")
# 第二个卷积层
conv_layer_2 = tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), padding="valid", activation=tf.nn.relu)
# 第二个池化层
pool_layer_2 = tf.keras.layers.MaxPool2D(padding="same")
# 扁平化
flatten = tf.keras.layers.Flatten()
# 第一个全连接层
fc_layer_1 = tf.keras.layers.Dense(units=120, activation=tf.nn.relu)
# 第二个全连接层
fc_layer_2 = tf.keras.layers.Dense(units=84, activation=tf.nn.softmax)
# 输出层
output_layer = tf.keras.layers.Dense(units=10, activation=tf.nn.softmax)

卷积 Conv2D 的用法:

  • filters: 卷积核个数

  • kernel_size: 卷积核大小

  • strides = (1, 1): 步长

  • padding = “vaild”: valid 为舍弃, same 为补齐

  • activation = tf.nn.relu: 激活函数

  • data_format = None: 默认 channels_last

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

池化 AveragePooling2D 的用法:

  • pool_size: 池的大小

  • strides = (1, 1): 步长

  • padding = “vaild”: valid 为舍弃, same 为补齐

  • activation = tf.nn.relu: 激活函数

  • data_format = None: 默认 channels_last

全连接 Dense 的用法:

  • units: 输出的维度

  • activation: 激活函数

  • strides = (1, 1): 步长

  • padding = “vaild”: valid 为舍弃, same 为补齐

  • activation = tf.nn.relu: 激活函数

  • data_format = None: 默认 channels_last


# 模型实例化
model = tf.keras.models.Sequential([
   tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), padding='valid', activation=tf.nn.relu,
                          input_shape=(32, 32, 1)),
   # relu
   tf.keras.layers.AveragePooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding='same'),
   tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), padding='valid', activation=tf.nn.relu),
   tf.keras.layers.AveragePooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding='same'),
   tf.keras.layers.Flatten(),
   tf.keras.layers.Dense(units=120, activation=tf.nn.relu),

tf.keras.layers.Dense(units=84, activation=tf.nn.relu),
   tf.keras.layers.Dense(units=10, activation=tf.nn.softmax)
])

# 模型展示
model.summary()

输出结果:

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

训练模型


# ------------------4. 训练模型------------------

# 设置超参数
num_epochs = 10  # 训练轮数
batch_size = 1000  # 批次大小
learning_rate = 0.001  # 学习率

# 定义优化器
adam_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate)
model.compile(optimizer=adam_optimizer,loss=tf.keras.losses.sparse_categorical_crossentropy,metrics=['accuracy'])

complie 的用法:

  • optimizer: 优化器

  • loss: 损失函数

  • metrics: 评价


with tf.Session() as sess:
   # 初始化所有变量
   init = tf.global_variables_initializer()
   sess.run(init)

model.fit(x=X_train,y=y_train,batch_size=batch_size,epochs=num_epochs)

# 评估指标
   print(model.evaluate(X_test, y_test))  # loss value & metrics values

输出结果:

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

fit 的用法:

  • x: 训练集

  • y: 测试集

  • batch_size: 批次大小

  • enpochs: 训练遍数

保存模型


# ------------------5. 保存模型------------------
model.save('lenet_model.h5')

流程总结

由浅入深学习TensorFlow MNIST 数据集

完整代码


from tensorflow.keras.datasets import mnist
from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np
import tensorflow as tf

# ------------------1. 读取 & 查看数据------------------

# 读取数据
(X_train, y_train), (X_test, y_test) = mnist.load_data()

# 数据集查看
print(X_train.shape)  # (60000, 28, 28)
print(y_train.shape)  # (60000,)
print(X_test.shape)  # (10000, 28, 28)
print(y_test.shape)  # (10000,)
print(type(X_train))  # <class 'numpy.ndarray'>

# 图片显示
plt.imshow(X_train[0], cmap="Greys")  # 查看第一张图片
plt.show()

# ------------------2. 数据预处理------------------

# 格式转换 (将图片从28*28扩充为32*32)
X_train = np.pad(X_train, ((0, 0), (2, 2), (2, 2)), "constant", constant_values=0)
X_test = np.pad(X_test, ((0, 0), (2, 2), (2, 2)), "constant", constant_values=0)
print(X_train.shape)  # (60000, 32, 32)
print(X_test.shape)  # (10000, 32, 32)

# 数据集格式变换
X_train = X_train.astype(np.float32)
X_test = X_test.astype(np.float32)

# 数据正则化
X_train /= 255
X_test /= 255

# 数据维度转换
X_train = np.expand_dims(X_train, axis=-1)
X_test = np.expand_dims(X_test, axis=-1)
print(X_train.shape)  # (60000, 32, 32, 1)
print(X_test.shape)  # (10000, 32, 32, 1)

# ------------------3. 模型建立------------------

# 第一个卷积层
conv_layer_1 = tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), padding="valid", activation=tf.nn.relu)
# 第一个池化层
pool_layer_1 = tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size=(2, 2), padding="same")
# 第二个卷积层
conv_layer_2 = tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), padding="valid", activation=tf.nn.relu)
# 第二个池化层
pool_layer_2 = tf.keras.layers.MaxPool2D(padding="same")
# 扁平化
flatten = tf.keras.layers.Flatten()
# 第一个全连接层
fc_layer_1 = tf.keras.layers.Dense(units=120, activation=tf.nn.relu)
# 第二个全连接层
fc_layer_2 = tf.keras.layers.Dense(units=84, activation=tf.nn.softmax)
# 输出层
output_layer = tf.keras.layers.Dense(units=10, activation=tf.nn.softmax)

# 模型实例化
model = tf.keras.models.Sequential([
   tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), padding='valid', activation=tf.nn.relu,
                          input_shape=(32, 32, 1)),
   # relu
   tf.keras.layers.AveragePooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding='same'),
   tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), padding='valid', activation=tf.nn.relu),
   tf.keras.layers.AveragePooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding='same'),
   tf.keras.layers.Flatten(),
   tf.keras.layers.Dense(units=120, activation=tf.nn.relu),

tf.keras.layers.Dense(units=84, activation=tf.nn.relu),
   tf.keras.layers.Dense(units=10, activation=tf.nn.softmax)
])

# 模型展示
model.summary()

# ------------------4. 训练模型------------------

# 设置超参数
num_epochs = 10  # 训练轮数
batch_size = 1000  # 批次大小
learning_rate = 0.001  # 学习率

# 定义优化器
adam_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate)
model.compile(optimizer=adam_optimizer,loss=tf.keras.losses.sparse_categorical_crossentropy,metrics=['accuracy'])

with tf.Session() as sess:
   # 初始化所有变量
   init = tf.global_variables_initializer()
   sess.run(init)

model.fit(x=X_train,y=y_train,batch_size=batch_size,epochs=num_epochs)

# 评估指标
   print(model.evaluate(X_test, y_test))  # loss value & metrics values

# ------------------5. 保存模型------------------
model.save('lenet_model.h5')

来源:https://blog.csdn.net/weixin_46274168/article/details/114109017

标签:TensorFlow,MNIST,数据集
0
投稿

猜你喜欢

  • 使用watch监听对象里面值的变化

    2024-06-07 15:22:10
  • Python获取运行目录与当前脚本目录的方法

    2023-12-19 13:17:59
  • Python下Fabric的简单部署方法

    2023-11-08 07:17:11
  • 开源软件包和环境管理系统Anaconda的安装使用

    2022-07-15 13:00:13
  • MS sqlserver 2008数据库转换成2000版本的方法

    2024-01-28 11:37:53
  • Python jieba 中文分词与词频统计的操作

    2022-08-31 17:08:14
  • Python区块链Creating Miners教程

    2021-03-25 11:39:27
  • 基于tensorflow权重文件的解读

    2023-11-04 02:05:35
  • Python OpenCV实现传统图片格式与base64转换

    2021-07-20 21:42:21
  • python3+selenium实现qq邮箱登陆并发送邮件功能

    2023-02-04 17:54:23
  • pygame实现烟雨蒙蒙下彩虹雨

    2023-05-07 01:19:36
  • python-try-except:pass的用法及说明

    2022-07-21 13:22:24
  • python+selenium爬取微博热搜存入Mysql的实现方法

    2024-01-24 18:07:53
  • JavaScript的一些小技巧分享

    2024-04-23 09:29:01
  • 交互设计实用指南系列(1) – “有效性”之“操作入口明确”

    2009-12-11 18:42:00
  • Python Pandas常用函数方法总结

    2022-11-19 05:18:31
  • 基于Token的身份验证的方法

    2023-09-27 19:05:41
  • python pyaudio音频录制的实现

    2022-03-13 08:44:31
  • pytorch制作自己的LMDB数据操作示例

    2023-05-24 11:51:27
  • python之yield和Generator深入解析

    2022-09-16 01:25:39
  • asp之家 网络编程 m.aspxhome.com