簡單神經網路的搭建

2021-08-16 22:47:13 字數 3846 閱讀 3474

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"""created on wed mar 14 09:50:13 2018

@author: 102121

"""from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

import tensorflow as tf

#匯入mnist資料集,建立預設的interactive session

mnist = input_data.read_data_sets("mnist_data", one_hot = true)

sess = tf.interactivesession()

#定義權重和偏差的初始化函式

def weight_variable(shape):

#權重製造一些隨機的雜訊來打破完全對稱,比如截斷的正態分佈雜訊,標準差設為 0.1

initial = tf.truncated_normal(shape,stddev=0.1)

return tf.variable(initial)

def bias_variable(shape):

# 偏置項使用極小值初始化,防止relu出現死亡節點(dead neuron)

initial = tf.constant(0.1, shape=shape)

return tf.variable(initial)

#定義卷積層和池化層  接下來重複使用的

# tf.nn.conv2d是tensorflow中的2維卷積函式

# x 輸入 , w 卷積的引數,比如[5,5,1,32] 前兩個表示卷積核的尺寸,第三個引數表示有多少個channel,灰度單色為1 ,彩色rgb為3,(即depth),第四個引數表示卷積核的數量

# strides 卷積模板移動的步長

# padding 邊界的處理方式,same 讓卷積的輸入和輸出保持同樣的尺寸

def conv2d(x, w):

return tf.nn.conv2d(x, w, strides=[1, 1, 1, 1], padding='same')

# 使用2*2的最大池化 tf.nn.max_pool

def max_pool_2x2(x):

return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1, 2, 2, 1],strides=[1, 2, 2, 1], padding='same')

########正式設計卷積神經網路之前先定義placeholder########

# x是特徵,y_是真實label。因為卷積神經網路是會用到2d的空間資訊,所以要把784維的資料恢復成28*28的結構,將資料從1d轉為2d。使用tensor的變形函式tf.reshape

x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[none, 784])

y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=[none, 10])

x_image = tf.reshape(x,[-1,28,28,1])# -1 代表樣本數量不固定 1 代表顏色通道數量

########設計卷積神經網路########

# 第一層卷積

# 卷積核尺寸為5*5,1個顏色通道,32個不同的卷積核

w_conv1 = weight_variable([5, 5, 1, 32])

# 用conv2d函式進行卷積操作,加上偏置

b_conv1 = bias_variable([32])

# 把x_image和權值向量進行卷積,加上偏置項,然後應用relu啟用函式,

h_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_image, w_conv1) + b_conv1)

# 對卷積的輸出結果進行池化操作

h_pool1 = max_pool_2x2(h_conv1)

# 第二層卷積(和第一層大致相同,卷積核為64,這一層卷積會提取64種特徵)

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)

# 全連線層。經過兩次最大化步長2*2,邊長由28*28變為 7*7,而第二個卷積層的卷積核數量為24,所以其輸出的tensor尺寸為7*7*64,使用reshape進行變形,將其轉換為1d,然後連線乙個全連線層,隱含節點數1024。使用relu啟用函式

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)

# 為了防止過擬合,在輸出層之前加dropout層

keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

h_fc1_drop = tf.nn.dropout(h_fc1, keep_prob)

# 輸出層。新增乙個softmax層,就像softmax regression一樣。得到概率輸出。

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)

########模型訓練設定########

# 定義loss function為cross entropy,優化器使用adam,並給予乙個比較小的學習速率1e-4

cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y_*tf.log(y_conv),reduction_indices=[1]))

train_step = tf.train.adamoptimizer(1e-4).minimize(cross_entropy)

# 定義評測準確率的操作

correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y_conv,1), tf.argmax(y_,1))

accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

########開始訓練過程########

# 初始化所有引數

tf.global_variables_initializer().run()

# 訓練(設定訓練時dropout的kepp_prob比率為0.5。mini-batch為50,進行2000次迭代訓練,參與訓練樣本5萬)

# 其中每進行100次訓練,對準確率進行一次評測keep_prob設定為1,用以實時監測模型的效能

for i in range(1000):

batch = mnist.train.next_batch(50)

if i%100 == 0:

train_accuracy = accuracy.eval(feed_dict=)

print("-->step %d, training accuracy %.4f"%(i, train_accuracy))

train_step.run(feed_dict=)

# 全部訓練完成之後,在最終測試集上進行全面測試,得到整體的分類準確率

print("卷積神經網路在mnist資料集正確率: %g"%accuracy.eval(feed_dict=))

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