TensorBoard可视化详解

本文参考博客http://blog.csdn.net/smf0504/article/details/56369758 整理所得
有助于对tensorboard的理解

# coding=utf-8  

import tensorflow as tf  
""" 
首先载入Tensorflow,并设置训练的最大步数为1000,学习率为0.001,dropout的保留比率为0.9。 
同时,设置MNIST数据下载地址data_dir和汇总数据的日志存放路径log_dir。 
这里的日志路径log_dir非常重要,会存放所有汇总数据供Tensorflow展示。 
"""  

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data  
max_step = 1000  
learning_rate = 0.001  
dropout = 0.9  
data_dir = '/tmp/tensorflow/mnist/input_data'  
log_dir = '/tmp/tensorflow/mnist/logs/mnist_with_summaries'  

# 使用input_data.read_data_sets下载MNIST数据,并创建Tensorflow的默认Session  
mnist = input_data.read_data_sets(data_dir, one_hot=True)  
sess = tf.InteractiveSession()  

""" 
为了在TensorBoard中展示节点名称,设计网络时会常使用tf.name_scope限制命名空间, 
在这个with下所有的节点都会自动命名为input/xxx这样的格式。 
定义输入x和y的placeholder,并将输入的一维数据变形为28×28的图片存储到另一个tensor, 
这样就可以使用tf.summary.image将图片数据汇总给TensorBoard展示了。 
"""  
with tf.name_scope('input'):  
    x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784], name='x_input')  
    y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10], name='y_input')  

with tf.name_scope('input_reshape'):  
    image_shaped_input = tf.reshape(x, [-1, 28, 28, 1])  
    tf.summary.image('input',image_shaped_input, 10)  

# 定义神经网络模型参数的初始化方法,  
# 权重依然使用常用的truncated_normal进行初始化,偏置则赋值为0.1  
def weight_variable(shape):  
    initial = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1)  
    return tf.Variable(initial)  

def bias_variable(shape):  
    initial = tf.constant(0.1, shape=shape)  
    return tf.Variable(initial)  

# 定义对Variable变量的数据汇总函数  
""" 
计算出Variable的mean,stddev,max和min, 
对这些标量数据使用tf.summary.scalar进行记录和汇总。 
同时,使用tf.summary.histogram直接记录变量var的直方图。 
"""  
def variable_summaries(var):  
    with tf.name_scope('summaries'):  
        mean = tf.reduce_mean(var)  
        tf.summary.scalar('mean', mean)  
        with tf.name_scope('stddev'):  
            stddev = tf.sqrt(tf.reduce_mean(tf.square(var-mean)))  
        tf.summary.scalar('stddev', stddev)  
        tf.summary.scalar('max', tf.reduce_max(var))  
        tf.summary.scalar('min', tf.reduce_min(var))  
        tf.summary.histogram('histogram', var)  

# 设计一个MLP多层神经网络来训练数据,在每一层中都会对模型参数进行数据汇总。  
""" 
定一个创建一层神经网络并进行数据汇总的函数nn_layer。 
这个函数的输入参数有输入数据input_tensor,输入的维度input_dim,输出的维度output_dim和层名称layer_name,激活函数act则默认使用Relu。 
在函数内,显示初始化这层神经网络的权重和偏置,并使用前面定义的variable_summaries对variable进行数据汇总。 
然后对输入做矩阵乘法并加上偏置,再将未进行激活的结果使用tf.summary.histogram统计直方图。 
同时,在使用激活函数后,再使用tf.summary.histogram统计一次。 
"""  
def nn_layer(input_tensor, input_dim, output_dim, layer_name,act=tf.nn.relu):  
    with tf.name_scope(layer_name):  
        with tf.name_scope('weight'):  
            weights = weight_variable([input_dim, output_dim])  
            variable_summaries(weights)  
        with tf.name_scope('biases'):  
            biases = bias_variable([output_dim])  
            variable_summaries(biases)  
        with tf.name_scope('Wx_plus_b'):  
            preactivate = tf.matmul(input_tensor, weights) + biases  
            tf.summary.histogram('pre_activations', preactivate)  
        activations = act(preactivate, name='actvations')  
        tf.summary.histogram('activations', activations)  
        return activations  

""" 
使用刚定义好的nn_layer创建一层神经网络,输入维度是图片的尺寸(784=24×24),输出的维度是隐藏节点数500. 
再创建一个Droput层,并使用tf.summary.scalar记录keep_prob。然后再使用nn_layer定义神经网络的输出层,激活函数为全等映射,此层暂时不使用softmax,在后面会处理。 
"""  
hidden1 = nn_layer(x, 784, 500, 'layer1')  

with tf.name_scope('dropout'):  
    keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)  
    tf.summary.scalar('dropout_keep_probability', keep_prob)  
    dropped = tf.nn.dropout(hidden1, keep_prob)  

y1 = nn_layer(dropped, 500, 10, 'layer2', act=tf.identity)  

""" 
这里使用tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits()对前面输出层的结果进行softmax处理并计算交叉熵损失cross_entropy。 
计算平均损失,并使用tf.summary.saclar进行统计汇总。 
"""  
with tf.name_scope('cross_entropy'):  
    diff = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y1, labels=y)  
    with tf.name_scope('total'):  
        cross_entropy = tf.reduce_mean(diff)  
tf.summary.scalar('cross_entropy', cross_entropy)  

""" 
使用Adma优化器对损失进行优化,同时统计预测正确的样本数并计算正确率accuray, 
再使用tf.summary.scalar对accuracy进行统计汇总。 
"""  
with tf.name_scope('train'):  
    train_step = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate).minimize(cross_entropy)  
with tf.name_scope('accuracy'):  
    with tf.name_scope('correct_prediction'):  
        correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y1, 1), tf.arg_max(y, 1))  
    with tf.name_scope('accuracy'):  
        accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))  
tf.summary.scalar('accuracy', accuracy)  

""" 
由于之前定义了非常多的tf.summary的汇总操作,一一执行这些操作态麻烦, 
所以这里使用tf.summary.merger_all()直接获取所有汇总操作,以便后面执行。 
然后,定义两个tf.summary.FileWrite(文件记录器)在不同的子目录,分别用来存放训练和测试的日志数据。 
同时,将Session的计算图sess.graph加入训练过程的记录器,这样在TensorBoard的GRAPHS窗口中就能展示整个计算图的可视化效果。 
最后使用tf.global_variables_initializer().run()初始化全部变量。 
"""  
merged = tf.summary.merge_all()  
train_writer = tf.summary.FileWriter(log_dir + '/train', sess.graph)  
test_writer = tf.summary.FileWriter(log_dir + '/test')  
tf.global_variables_initializer().run()  

""" 
定义feed_dict的损失函数。 
该函数先判断训练标记,如果训练标记为true,则从mnist.train中获取一个batch的样本,并设置dropout值; 
如果训练标记为False,则获取测试数据,并设置keep_prob为1,即等于没有dropout效果。 
"""  
def feed_dict(train):  
    if train:  
        xs, ys = mnist.train.next_batch(100)  
        k = dropout  
    else:  
        xs, ys = mnist.test.images, mnist.test.labels  
        k = 1.0  
    return {x: xs, y: ys, keep_prob: k}  

# 实际执行具体的训练,测试及日志记录的操作  
""" 
首先,使用tf.train.Saver()创建模型的保存器。 
然后,进入训练的循环中,每隔10步执行一次merged(数据汇总),accuracy(求测试集上的预测准确率)操作, 
并使应test_write.add_summary将汇总结果summary和循环步数i写入日志文件; 
同时每隔100步,使用tf.RunOption定义Tensorflow运行选项,其中设置trace_level为FULL——TRACE, 
并使用tf.RunMetadata()定义Tensorflow运行的元信息, 
这样可以记录训练是运算时间和内存占用等方面的信息. 
再执行merged数据汇总操作和train_step训练操作,将汇总summary和训练元信息run_metadata添加到train_writer. 
平时,则执行merged操作和train_step操作,并添加summary到trian_writer。 
所有训练全部结束后,关闭train_writer和test_writer。 
"""  
saver = tf.train.Saver()  
for i in range(max_step):  
    if i % 10 == 0:  
        summary, acc = sess.run([merged, accuracy], feed_dict=feed_dict(False))  
        test_writer.add_summary(summary, i)  
        print('Accuracy at step %s: %s' % (i, acc))  
    else:  
        if i % 100 == 99:  
            run_options = tf.RunOptions(trace_level=tf.RunOptions.FULL_TRACE)  
            run_metadata = tf.RunMetadata()  
            summary, _ = sess.run([merged, train_step], feed_dict=feed_dict(True),  
                                  options=run_options, run_metadata=run_metadata)  
            train_writer.add_run_metadata(run_metadata, 'step%03d' % i)  
            train_writer.add_summary(summary, i)  
            saver.save(sess, log_dir+"/model.ckpt", i)  
            print('Adding run metadata for', i)  
        else:  
            summary, _ = sess.run([merged, train_step], feed_dict=feed_dict(True))  
            train_writer.add_summary(summary, i)  
train_writer.close()  
test_writer.close()  

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