莫凡Python学习笔记二 ：Tensorflow 基础构架

 

一。处理结构

计算图纸 ¶

Tensorflow 首先要定义神经网络的结构, 然后再把数据放入结构当中去运算和 training.

(动图效果请点击这里)

因为TensorFlow是采用数据流图（data　flow　graphs）来计算, 所以首先我们得创建一个数据流流图, 然后再将我们的数据（数据以张量(tensor)的形式存在）放在数据流图中计算. 节点（Nodes）在图中表示数学操作,图中的线（edges）则表示在节点间相互联系的多维数据数组, 即张量（tensor). 训练模型时tensor会不断的从数据流图中的一个节点flow到另一节点, 这就是TensorFlow名字的由来.

Tensor 张量意义 

张量（Tensor):

• 张量有多种. 零阶张量为 纯量或标量 (scalar) 也就是一个数值. 比如 [1]
• 一阶张量为 向量 (vector), 比如 一维的 [1, 2, 3]
• 二阶张量为 矩阵 (matrix), 比如 二维的 [[1, 2, 3],[4, 5, 6],[7, 8, 9]]
• 以此类推, 还有 三阶 三维的 …

二。例子

Tensorflow 是非常重视结构的, 我们得建立好了神经网络的结构, 才能将数字放进去, 运行这个结构.

这个例子简单的阐述了 tensorflow 当中如何用代码来运行我们搭建的结构.

创建数据 

首先, 我们这次需要加载 tensorflow 和 numpy 两个模块, 并且使用 numpy 来创建我们的数据.

import tensorflow as tf
import numpy as np

# create data
x_data = np.random.rand(100).astype(np.float32)
y_data = x_data*0.1 + 0.3

接着, 我们用 tf.Variable 来创建描述 y 的参数. 我们可以把 y_data = x_data*0.1 + 0.3 想象成 y=Weights * x + biases, 然后神经网络也就是学着把 Weights 变成 0.1, biases 变成 0.3.

搭建模型 

Weights = tf.Variable(tf.random_uniform([1], -1.0, 1.0))
biases = tf.Variable(tf.zeros([1]))

y = Weights*x_data + biases

计算误差 

接着就是计算 y 和 y_data 的误差:

loss = tf.reduce_mean(tf.square(y-y_data))

传播误差 

反向传递误差的工作就教给optimizer了, 我们使用的误差传递方法是梯度下降法: Gradient Descent 让后我们使用 optimizer 来进行参数的更新.

optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5)
train = optimizer.minimize(loss)

 

训练 

到目前为止, 我们只是建立了神经网络的结构, 还没有使用这个结构. 在使用这个结构之前, 我们必须先初始化所有之前定义的Variable, 所以这一步是很重要的!

# init = tf.initialize_all_variables() # tf 马上就要废弃这种写法
init = tf.global_variables_initializer()  # 替换成这样就好

接着,我们再创建会话 Session. 我们会在下一节中详细讲解 Session. 我们用 Session 来执行 init 初始化步骤. 并且, 用 Session 来 run 每一次 training 的数据. 逐步提升神经网络的预测准确性.

sess = tf.Session()
sess.run(init)          # Very important

for step in range(201):
    sess.run(train)
    if step % 20 == 0:
        print(step, sess.run(Weights), sess.run(biases))

三。Session 会话控制

简单运用 

欢迎回来！这一次我们会讲到 Tensorflow 中的 Session, Session 是 Tensorflow 为了控制,和输出文件的执行的语句. 运行 session.run() 可以获得你要得知的运算结果, 或者是你所要运算的部分.

首先，我们这次需要加载 Tensorflow ，然后建立两个 matrix ,输出两个 matrix 矩阵相乘的结果。

import tensorflow as tf

# create two matrixes

matrix1 = tf.constant([[3,3]])
matrix2 = tf.constant([[2],
                       [2]])
product = tf.matmul(matrix1,matrix2)

因为 product 不是直接计算的步骤, 所以我们会要使用 Session 来激活 product 并得到计算结果. 有两种形式使用会话控制 Session 。

# method 1
sess = tf.Session()
result = sess.run(product)
print(result)
sess.close()
# [[12]]

# method 2
with tf.Session() as sess:
    result2 = sess.run(product)
    print(result2)
# [[12]]

以上就是我们今天所学的两种 Session 打开模式，欢迎继续学习下一章 ———— Tensorflow 中的 Variable。

四。Variable 变量

简单运用 

这节课我们学习如何在 Tensorflow 中使用 Variable .

在 Tensorflow 中，定义了某字符串是变量，它才是变量，这一点是与 Python 所不同的。

定义语法： state = tf.Variable()

import tensorflow as tf

state = tf.Variable(0, name='counter')

# 定义常量 one
one = tf.constant(1)

# 定义加法步骤 (注: 此步并没有直接计算)
new_value = tf.add(state, one)

# 将 State 更新成 new_value
update = tf.assign(state, new_value)

如果你在 Tensorflow 中设定了变量，那么初始化变量是最重要的！！所以定义了变量以后, 一定要定义 init = tf.initialize_all_variables() .

到这里变量还是没有被激活，需要再在 sess 里, sess.run(init) , 激活 init 这一步.

# 如果定义 Variable, 就一定要 initialize
# init = tf.initialize_all_variables() # tf 马上就要废弃这种写法
init = tf.global_variables_initializer()  # 替换成这样就好
 
# 使用 Session
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    for _ in range(3):
        sess.run(update)
        print(sess.run(state))

注意：直接 print(state) 不起作用！！

一定要把 sess 的指针指向 state 再进行 print 才能得到想要的结果！

以上就是我们今天所学的 Variable 打开模式，欢迎继续学习下一章 ———— Tensorflow 中的 Placeholder。

 五。Placeholder 传入值

简单运用 

这一次我们会讲到 Tensorflow 中的 placeholder , placeholder 是 Tensorflow 中的占位符，暂时储存变量.

Tensorflow 如果想要从外部传入data, 那就需要用到 tf.placeholder(), 然后以这种形式传输数据 sess.run(***, feed_dict={input: **}).

示例：

import tensorflow as tf

#在 Tensorflow 中需要定义 placeholder 的 type ，一般为 float32 形式
input1 = tf.placeholder(tf.float32)
input2 = tf.placeholder(tf.float32)

# mul = multiply 是将input1和input2 做乘法运算，并输出为 output 
ouput = tf.multiply(input1, input2)

接下来, 传值的工作交给了 sess.run() , 需要传入的值放在了feed_dict={} 并一一对应每一个 input. placeholder 与 feed_dict={} 是绑定在一起出现的。

with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(ouput, feed_dict={input1: [7.], input2: [2.]}))
# [ 14.]