【TensorFlow篇】--Tensorflow框架实现SoftMax模型识别手写数字集

一、前述

本文讲述用Tensorflow框架实现SoftMax模型识别手写数字集，来实现多分类。

同时对模型的保存和恢复做下示例。

二、具体原理

代码一：实现代码

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
# 文件名: 12_Softmax_regression.py

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import tensorflow as tf

# mn.SOURCE_URL = "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/"
my_mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data_bak/", one_hot=True)#从本地路径加载进来

# The MNIST data is split into three parts:
# 55,000 data points of training data (mnist.train)#训练集图片
# 10,000 points of test data (mnist.test), and#测试集图片
# 5,000 points of validation data (mnist.validation).#验证集图片

# Each image is 28 pixels by 28 pixels

# 输入的是一堆图片，None表示不限输入条数，784表示每张图片都是一个784个像素值的一维向量
# 所以输入的矩阵是None乘以784二维矩阵
x = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 784)) #x矩阵是m行*784列
# 初始化都是0，二维矩阵784乘以10个W值 #初始值最好不为0
W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))#W矩阵是784行*10列
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))#bias也必须有10个

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, W) + b)# x*w 即为m行10列的矩阵就是y #预测值

# 训练
# labels是每张图片都对应一个one-hot的10个值的向量
y_ = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 10))#真实值 m行10列
# 定义损失函数，交叉熵损失函数
# 对于多分类问题，通常使用交叉熵损失函数
# reduction_indices等价于axis，指明按照每行加，还是按照每列加
cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y_ * tf.log(y),
                                              reduction_indices=[1]))#指明按照列加和 一列是一个类别
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5).minimize(cross_entropy)#将损失函数梯度下降 #0.5是学习率

# 初始化变量
sess = tf.InteractiveSession()#初始化Session
tf.global_variables_initializer().run()#初始化所有变量
for _ in range(1000):
    batch_xs, batch_ys = my_mnist.train.next_batch(100)#每次迭代取100行数据
    sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys})
#每次迭代内部就是求梯度，然后更新参数
# 评估

# tf.argmax()是一个从tensor中寻找最大值的序号 就是分类号，tf.argmax就是求各个预测的数字中概率最大的那一个
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y, 1), tf.argmax(y_, 1))

# 用tf.cast将之前correct_prediction输出的bool值转换为float32，再求平均
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

# 测试
print(accuracy.eval({x: my_mnist.test.images, y_: my_mnist.test.labels}))

# 总结
# 1，定义算法公式，也就是神经网络forward时的计算
# 2，定义loss，选定优化器，并指定优化器优化loss
# 3，迭代地对数据进行训练
# 4，在测试集或验证集上对准确率进行评测

代码二：保存模型

# 有时候需要把模型保持起来，有时候需要做一些checkpoint在训练中
# 以致于如果计算机宕机，我们还可以从之前checkpoint的位置去继续
# TensorFlow使得我们去保存和加载模型非常方便，仅需要去创建Saver节点在构建阶段最后
# 然后在计算阶段去调用save()方法

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import tensorflow as tf

# mn.SOURCE_URL = "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/"
my_mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data_bak/", one_hot=True)

# The MNIST data is split into three parts:
# 55,000 data points of training data (mnist.train)
# 10,000 points of test data (mnist.test), and
# 5,000 points of validation data (mnist.validation).

# Each image is 28 pixels by 28 pixels

# 输入的是一堆图片，None表示不限输入条数，784表示每张图片都是一个784个像素值的一维向量
# 所以输入的矩阵是None乘以784二维矩阵
x = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 784))
# 初始化都是0，二维矩阵784乘以10个W值
W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, W) + b)

# 训练
# labels是每张图片都对应一个one-hot的10个值的向量
y_ = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 10))
# 定义损失函数，交叉熵损失函数
# 对于多分类问题，通常使用交叉熵损失函数
# reduction_indices等价于axis，指明按照每行加，还是按照每列加
cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y_ * tf.log(y),
                                              reduction_indices=[1]))
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5).minimize(cross_entropy)

# 初始化变量
init = tf.global_variables_initializer()
# 创建Saver()节点
saver = tf.train.Saver()#在运算之前，初始化之后

n_epoch = 1000

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    for epoch in range(n_epoch):
        if epoch % 100 == 0:
            save_path = saver.save(sess, "./my_model.ckpt")#每跑100次save一次模型，可以保证容错性
            #直接保存session即可。

        batch_xs, batch_ys = my_mnist.train.next_batch(100)#每一批次跑的数据 用m行数据/迭代次数来计算出来。
        sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys})

    best_theta = W.eval()
    save_path = saver.save(sess, "./my_model_final.ckpt")#保存最后的模型，session实际上保存的上面所有的数据

代码三：恢复模型

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import tensorflow as tf

# mn.SOURCE_URL = "http://yann.lecun.com/exdb/mnist/"
my_mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data_bak/", one_hot=True)

# The MNIST data is split into three parts:
# 55,000 data points of training data (mnist.train)
# 10,000 points of test data (mnist.test), and
# 5,000 points of validation data (mnist.validation).

# Each image is 28 pixels by 28 pixels

# 输入的是一堆图片，None表示不限输入条数，784表示每张图片都是一个784个像素值的一维向量
# 所以输入的矩阵是None乘以784二维矩阵
x = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 784))
# 初始化都是0，二维矩阵784乘以10个W值
W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, W) + b)
# labels是每张图片都对应一个one-hot的10个值的向量
y_ = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=(None, 10))

saver = tf.train.Saver()

with tf.Session() as sess:
    saver.restore(sess, "./my_model_final.ckpt")#把路径下面所有的session的数据加载进来 y y_head还有模型都保存下来了。

    # 评估
    # tf.argmax()是一个从tensor中寻找最大值的序号，tf.argmax就是求各个预测的数字中概率最大的那一个
    correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y, 1), tf.argmax(y_, 1))

    # 用tf.cast将之前correct_prediction输出的bool值转换为float32，再求平均
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

    # 测试
    print(accuracy.eval({x: my_mnist.test.images, y_: my_mnist.test.labels}))