基于TensorFlow的深度学习系列教程 2——常量Constant

前面介绍过了Tensorflow的基本概念，比如如何使用tensorboard查看计算图。本篇则着重介绍和整理下Constant相关的内容。

基于TensorFlow的深度学习系列教程 1——Hello World!

常量的概念

在tensorflow中，数据分为几种类型: 常量Constant、变量Variable、占位符Placeholder。其中：

• 常量：用于存储一些不变的数值，在计算图创建的时候，调用初始化方法时，直接保存在计算图中
• 变量：模型训练的参数，比如全连接里面的W和bias
• 占位符：就是模型每次训练时的样本，当计算图固定时，只需要替换占位符里面的内容，就可以重新计算了。

概念上跟spark的DAG图差不多，不过图的模式更固定一些，不像spark还分为action和transform。

常量的简单使用

下面这个例子就是常量最简单的使用例子了，定义a和b两个常量，输出x。x=a+b。

import tensorflow as tf

a = tf.constant(2)
b = tf.constant(3)
x = tf.add(a, b)

with tf.Session() as sess:
    writer = tf.summary.FileWriter('./graphs', sess.graph)
    print(sess.run(x))

writer.close()

得到的计算图如下：

选中constant可以发现，它的值直接写在定义里面了。

常量的初始化

1 固定初始化、0或1初始化

最常用的初始化方法，就是直接在声明的时候赋予一个初始值，也可以根于指定的shape进行0和1的填充

import tensorflow as tf

# tf.constant(value, dtype=None, shape=None, name='Const', verify_shape=False)

# 常量的创建
# [2 2]
a = tf.constant([2, 2], name='vector')
# [[0 1] [2 3]]
b = tf.constant([[0, 1], [2, 3]], name='b')

# 也可以直接初始化成0或者1
# [[0 0 0] [0 0 0]]
zero1 = tf.zeros([2, 3], tf.int32)
# [[0 0] [0 0]]
zero2 = tf.zeros_like([[0, 1], [2, 3]])
# [[1 1 1] [1 1 1]]
one1 = tf.ones([2, 3], tf.int32)
# [[1 1] [1 1]]
one2 = tf.ones_like([[0, 1], [2, 3]])

# 基于填充创建
# [[8 8 8] [8 8 8]]
fill1 = tf.fill([2, 3], 8)

# 基于序列创建
# [10. 11. 12. 13.]
lnspace1 = tf.linspace(10., 13., 4, name='linspace')
# [ 3  7 11 15]
range1 = tf.range(3, 18, 4)
# [ 3  8 13]
range2 = tf.range(3, 18, 5)
# [ 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15 16 17]
range3 = tf.range(18)

with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(a))
    print(sess.run(b))

    print(sess.run(zero1))
    print(sess.run(zero2))
    print(sess.run(one1))
    print(sess.run(one2))

    print(sess.run(fill1))

    print(sess.run(lnspace1))

    print(sess.run(range1))
    print(sess.run(range2))
    print(sess.run(range3))

tensorflow在设计时，尽量模仿numpy，因此很多函数都很类似。不过有一些操作tf中还是无法支持的，比如map:

import tensorflow as tf
import numpy as np
"""
0.0
3.3333333333333335
6.666666666666667
10.0
"""
for a in np.linspace(0., 10., 4):
    print(a)
"""
TypeError: Tensor objects are not iterable when eager execution is not enabled. To iterate over this tensor use tf.map_fn.
"""
for a in tf.linspace(0., 10., 4):
    print(a)

常量的随机初始化

另一种常用的初始化方法就是指定随机方法进行初始化。

import tensorflow as tf
import cv2

# 初始化服从指定正态分布的数值
# [ 2.3021064   0.4199094  -0.03323628  0.47499242  0.36770386 -0.7848035 -0.70948434 -0.35462353  0.75125676  0.50364155]
r1 = tf.random_normal([10], mean=0.0, stddev=1.0, dtype=tf.float32)

# 产生截断的正态分布，如果与均值差值超过两倍，就重新生成
# [ 1.785729    0.5161861   0.3950558   1.5795906   0.25945508 -1.5349426 -0.00732355  0.14366971 -0.7726713  -0.2694001 ]
r2 = tf.truncated_normal([10])

# 产生low和high之间的均匀分布
# [-0.54088783 -2.957581    1.8622065  -2.7436473   0.8000214   2.087247  2.5148878  -0.19671392  0.9098282   1.6573    ]
r3 = tf.random_uniform([10], minval=-3, maxval=3, dtype=tf.float32)

# 随机打乱
# [4 2 1 5 3]
r4 = tf.random_shuffle([1, 2, 3, 4, 5])

# 随机裁剪,一般用在图像上
# [-1.6676509  -2.3372912  -0.39069057  2.044036   -2.0961857 ]
r5 = tf.random_crop(r3, [5])

# 图片例子
img = cv2.imread('tensorboard.jpg')
cv2.imshow('origin', img)

# 多项式
multinomial1 = tf.multinomial([[0.99], [0.2]], 10)
multinomial2 = tf.multinomial([[0, 0.02, 0.99], [0, 0.99, 0.2]], 10)
# r7 = tf.random_gamma([])

with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(r1))
    print(sess.run(r2))
    print(sess.run(r3))
    print(sess.run(r4))
    print(sess.run(r5))
    print(sess.run(multinomial1))
    print(sess.run(multinomial2))

    img_tf = tf.convert_to_tensor(img)
    distorted_image = tf.random_crop(img_tf, [300, 300, 3])
    img_np = distorted_image.eval()
    cv2.imshow('random', img_np)
    cv2.waitKey(0)

里面的random_gamma没见过应用的场景，所以也没有细致的研究。