软件架构

mnist数据集的识别使用了两个非常小的网络来实现，第一个是最简单的全连接网络，第二个是卷积网络，mnist数据集是入门数据集，所以不需要进行图像增强，或者用生成器读入内存，直接使用简单的fit()命令就可以一次性训练

安装教程

使用到的主要第三方库有tensorflow1.x，基于TensorFlow的Keras，基础的库包括numpy，matplotlib

安装方式也很简答，例如：pip install numpy -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

注意tensorflow版本不能是2.x

使用说明

首先，我们预览数据集，运行mnistplt.py，绘制了4张训练用到的图像

训练全连接网络则运行Densemnist.py，得到权重Dense.h5，加载模型并预测运行Denseload.py

训练卷积网络则运行CNNmnist.py，得到权重CNN.h5，加载模型并预测运行CNNload.py

结果图

训练过程注释

全连接网络训练：

"""多层感知机训练"""from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_datafrom keras.models import Sequentialfrom keras.layers import Dense#模拟原始灰度数据读入img_size=28num=10mnist=input_data.read_data_sets("./data",one_hot=True)X_train,y_train,X_test,y_test=mnist.train.images,mnist.train.labels,mnist.test.images,mnist.test.labelsX_train=X_train.reshape(-1,img_size,img_size)X_test=X_test.reshape(-1,img_size,img_size)X_train=X_train*255X_test=X_test*255y_train=y_train.reshape(-1,num)y_test=y_test.reshape(-1,num)print(X_train.shape)print(y_train.shape)#全连接层只能输入一维num_pixels = X_train.shape[1] * X_train.shape[2]X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0],num_pixels).astype('float32')X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0],num_pixels).astype('float32')#归一化X_train=X_train/255X_test=X_test/255# one hot编码,这里编好了，省略#y_train = np_utils.to_categorical(y_train)#y_test = np_utils.to_categorical(y_test)#搭建网络def baseline(): """ optimizer：优化器，如Adam loss：计算损失，当使用categorical_crossentropy损失函数时，标签应为多类模式，例如如果你有10个类别， 每一个样本的标签应该是一个10维的向量，该向量在对应有值的索引位置为1其余为0 metrics: 列表，包含评估模型在训练和测试时的性能的指标 """ model=Sequential() #第一步是确定输入层的数目：在创建模型时用input_dim参数确定,例如，有784个个输入变量，就设成num_pixels。 #全连接层用Dense类定义：第一个参数是本层神经元个数，然后是初始化方式和激活函数,初始化方法有0到0.05的连续型均匀分布（uniform #Keras的默认方法也是这个，也可以用高斯分布进行初始化normal，初始化实际就是该层连接上权重与偏置的初始化 model.add(Dense(num_pixels,input_dim=num_pixels,kernel_initializer='normal',activation='relu')) #softmax是一种用到该层所有神经元的激活函数 model.add(Dense(num,kernel_initializer='normal',activation='softmax')) #categorical_crossentropy适用于多分类问题，并使用softmax作为输出层的激活函数的情况 model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer='adam',metrics=['accuracy']) return model#训练模型model = baseline()"""batch_size整数每次梯度更新的样本数。未指定，默认为32epochs整数训练模型迭代次数verbose日志展示，整数0:为不在标准输出流输出日志信息1:显示进度条2:每个epoch输出一行记录对于一个有 2000 个训练样本的数据集,将 2000 个样本分成大小为 500 的 batch，那么完成一个 epoch 需要 4 个 iteration"""model.fit(X_train,y_train,validation_data=(X_test,y_test),epochs=10,batch_size=200,verbose=2)#模型概括打印model.summary()#model.evaluate（）返回的是 损失值和你选定的指标值（例如，精度accuracy）"""verbose：控制日志显示的方式verbose = 0 不在标准输出流输出日志信息verbose = 1 输出进度条记录"""scores = model.evaluate(X_test,y_test,verbose=0)print(scores)#模型保存model_dir="./Dense.h5"model.save(model_dir)

CNN训练：

"""模型构建与训练Sequential 模型结构： 层（layers）的线性堆栈，它是一个简单的线性结构，没有多余分支，是多个网络层的堆叠多少个滤波器就输出多少个特征图，即卷积核(滤波器)的深度3通道RGB图片，一个滤波器有3个通道的小卷积核，但还是只算1个滤波器"""import numpy as npfrom tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_datafrom keras.models import Sequentialfrom keras.layers import Densefrom keras.layers import Dropout#Flatten层用来将输入“压平”，即把多维的输入一维化，#常用在从卷积层到全连接层的过渡from keras.layers import Flattenfrom keras.layers.convolutional import Conv2Dfrom keras.layers.convolutional import MaxPooling2D#模拟原始灰度数据读入img_size=28num=10mnist=input_data.read_data_sets("./data",one_hot=True)X_train,y_train,X_test,y_test=mnist.train.images,mnist.train.labels,mnist.test.images,mnist.test.labelsX_train=X_train.reshape(-1,img_size,img_size)X_test=X_test.reshape(-1,img_size,img_size)X_train=X_train*255X_test=X_test*255y_train=y_train.reshape(-1,num)y_test=y_test.reshape(-1,num)print(X_train.shape) #(55000, 28, 28)print(y_train.shape) #(55000, 10)#此处卷积输入的形状要与模型中的input_shape匹配X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0],28,28,1).astype('float32')X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0],28,28,1).astype('float32')print(X_train.shape)#(55000,28,28,1)#归一化X_train=X_train/255X_test=X_test/255# one hot编码,这里编好了，省略#y_train = np_utils.to_categorical(y_train)#y_test = np_utils.to_categorical(y_test)#搭建CNN网络def CNN(): """ 第一层是卷积层。该层有32个feature map，作为模型的输入层，接受[pixels][width][height]大小的输入数据。feature map的大小是1*5*5，其输出接一个‘relu'激活函数 下一层是pooling层，使用了MaxPooling，大小为2*2 Flatten压缩一维后作为全连接层的输入层 接下来是全连接层，有128个神经元，激活函数采用‘relu' 最后一层是输出层，有10个神经元，每个神经元对应一个类别，输出值表示样本属于该类别的概率大小 """ model = Sequential() model.add(Conv2D(32, (5, 5), input_shape=(img_size,img_size,1), activation='relu')) model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))) model.add(Flatten()) model.add(Dense(128, activation='relu')) model.add(Dense(num, activation='softmax')) #编译 model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy']) return model#模型训练model=CNN()model.fit(X_train, y_train, validation_data=(X_test, y_test), epochs=5, batch_size=200, verbose=1)model.summary()scores = model.evaluate(X_test,y_test,verbose=1)print(scores)#模型保存model_dir="./CNN.h5"model.save(model_dir)

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