TSNE高维向量降维3D可视化

搞深度学习时可能会遇到想可视化神经网络某一层的输出向量的需求,我最近就遇到了这样的需求,需要对网络的降维结果进行可视化,我这里对3D可视化做一下简单的介绍。主要还是参考了网上很多大神的写法。

TSNE和PCA两种方法都可以实现高维向量可视化,两者原理不同,速度也差很多,TSNE会慢一些。
这里主要还是用到了python里的matplotlib库进行图形绘制,就用最简单的MNIST来做说明吧。完整代码

code
import tensorflow as tf
import numpy as np
from sklearn.manifold import TSNE  # TSNE集成在了sklearn中
import matplotlib.pylab as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D  # 进行3D图像绘制

import input_data  # MNIST的数据操作文件

mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True)
saver = tf.train.import_meta_graph('model/model.ckpt.meta')  # tensorflow加载神经网络图结构
gragh = tf.get_default_graph()

image_input = gragh.get_tensor_by_name('Placeholder:0')  # 获得图中预定义的输入,即MNIST图像
label_input = gragh.get_tensor_by_name('Placeholder_1:0')  # 获得对应图像的标签
predict = gragh.get_tensor_by_name('fco/BiasAdd:0')  # 获得网络的输出值

with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())

    saver.restore(sess, tf.train.latest_checkpoint("model"))  # tensorflow恢复神经网络参数到当前图

    # 方便快速计算,只取训练集前面2000个数据进行可视化。
    pre = sess.run(predict,
                   feed_dict={image_input: mnist.test.images[:2000, :], label_input: mnist.test.labels[:2000, :]})

    # TSNE进行降维计算,n_components代表降维维度
    embedded = TSNE(n_components=3).fit_transform(pre)

    # 对数据进行归一化操作
    x_min, x_max = np.min(embedded, 0), np.max(embedded, 0)
    embedded = embedded / (x_max - x_min)

    # 创建显示的figure
    fig = plt.figure()
    ax = Axes3D(fig)
    # 将数据对应坐标输入到figure中,不同标签取不同的颜色,MINIST共0-9十个手写数字
    ax.scatter(embedded[:, 0], embedded[:, 1], embedded[:, 2],
               c=plt.cm.Set1(np.argmax(mnist.test.labels[:2000, :], axis=1) / 10.0))

    # 关闭了plot的坐标显示
    plt.axis('off')
    plt.show()

3D可视化效果图,不同颜色代表不同的数字类别

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