15 手写数字识别-小数据集

1.手写数字数据集

  • from sklearn.datasets import load_digits
  • digits = load_digits()

 15 手写数字识别-小数据集_第1张图片

 

 代码:

1 from sklearn.datasets import load_digits
2 digits = load_digits()

 

2.图片数据预处理

  • x:归一化MinMaxScaler()

15 手写数字识别-小数据集_第2张图片

 

 代码:

 1 #对x集归一化;对y进行热编码
 2 import matplotlib.pyplot as plt
 3 import numpy as np
 4 from sklearn.datasets import load_digits  #小数据集为8*8/大的为28*28
 5 from sklearn.model_selection import train_test_split
 6 from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
 7 from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder
 8 import tensorflow as tf
 9 from sklearn.metrics import accuracy_score
10 
11 X_data = digits.data.astype(np.float32)
12 Y_data = digits.target.astype(np.float32).reshape(-1,1) #将数据转为一列
13 
14 #将属性xSHUJHU数据进行归一放在最大与最小之间(0,1)
15 scaler = MinMaxScaler()
16 X_data = scaler.fit_transform(X_data)  #归一
17 print("看效果",X_data)

 

  • y:独热编码OneHotEncoder()或to_categorical

15 手写数字识别-小数据集_第3张图片

 

 代码:

from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder
Y = OneHotEncoder().fit_transform(Y_data).todense()
print('one-hot_Y:')
print(Y)   # 热编码有一说一

 

  • 训练集测试集划分

15 手写数字识别-小数据集_第4张图片

 

 

代码:

1 #先对归一的数据集转为图片格式
2 X=X_data.reshape(-1,8,8,1)
3 
4 #训练集测试集划分
5 from sklearn.model_selection import train_test_split  #测试与训练2/8分
6 X_tain,X_test,y_train,y_test = train_test_split(X,Y,test_size=0.2,random_state=0,stratify=Y)
7 print(X_tain.shape,X_test.shape,y_train.shape,y_test.shape)
  • 张量结构

 

3.设计卷积神经网络结构

  • 绘制模型结构图,并说明设计依据。

读入手写数字识别经过输入层,经过最小维度的卷积层,经过池化,越往下卷积核的数目越多,提出的特征也越多;反复后最终到达全链接层。即有两个连续的卷积-池化就会知道第二个卷积是在获得图片的压缩版。

 

from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense,Dropout,Conv2D,MaxPool2D,Flatten
model = Sequential() # 建立模型
#设定卷积核
ks = (2, 2)
#输入层(1层)此处input_shape需要指定训练集的数据,往下之后是会自动推导
model.add(Conv2D(filters=8, kernel_size=ks, padding='same', input_shape=X_tain.shape[1:], activation='relu'))
model.add(MaxPool2D(pool_size=(2, 2))) # 池化层
model.add(Dropout(0.25)) # 防止过拟合丢掉1/4的链接

model.add(Conv2D(filters=16, kernel_size=ks, padding='same', activation='relu'))# 第2卷积层
model.add(MaxPool2D(pool_size=(2, 2)))# 池化
model.add(Dropout(0.25))# 防止过拟合丢掉1/4的链接

model.add(Conv2D(filters=324, kernel_size=ks, padding='same', activation='relu'))# 第三卷积层
model.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=ks, padding='same', activation='relu'))# 第四卷积层

model.add(MaxPool2D(pool_size=(2, 2)))# 池化
model.add(Dropout(0.25))

model.add(Flatten())# 平坦层

model.add(Dense(64, activation='relu'))# 全连接层
model.add(Dropout(0.25))

model.add(Dense(10, activation='softmax'))# 激活函数softmax
# 输出模型各层的参数状况
print(model.summary())

 

15 手写数字识别-小数据集_第5张图片

 

 

 

 

4.模型训练

  • model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
  • train_history = model.fit(x=X_train,y=y_train,validation_split=0.2, batch_size=300,epochs=10,verbose=2)

 

 

代码:

# 4 模型训练
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
train_history = model.fit(x=X_tain,y=y_train,validation_split=0.2, batch_size=128,epochs=10,verbose=2)

# 定义训练参数可视化
import matplotlib.pyplot as plt
# &matplotlib inline

def show_train_history(train_history,train,validation):
    plt.plot(train_history.history[train])
    plt.plot(train_history.history[validation])
    plt.title('Train History')
    plt.ylabel('train')
    plt.xlabel('epoch')
    plt.legend(['train','validations'],loc='upper left')
    plt.show()

# 查看准确率
show_train_history(train_history,'accuracy','val_accuracy')
# 查看损失率
show_train_history(train_history,'lose','val_lose')

准确率

15 手写数字识别-小数据集_第6张图片

 

 

错误率

15 手写数字识别-小数据集_第7张图片

 

 

 

5.模型评价

  • model.evaluate()
  • 交叉表与交叉矩阵
  • pandas.crosstab
  • seaborn.heatmap

15 手写数字识别-小数据集_第8张图片

 15 手写数字识别-小数据集_第9张图片

 

 

 

 

 

 

实验代码:

# 5.模型评估
score = model.evaluate(X_test,y_test)
print(score)
print("查看历史训练过程",train_history.history)

# 预测值
y_pre = model.predict_classes(X_test)

print("y_pre:",y_pre[:10])
print("y_test:",y_test[:10])
y_test1 = np.argmax(y_test,axis=1).reshape(-1)
# print(y_test1)
y_true = np.array(y_test1)[0]

# 交叉表与交叉矩阵
import pandas as pd
pd.crosstab(y_true,y_pre,rownames=['true'],colnames=['pre'])

# 交叉矩阵
import seaborn as sns
y_test1 = y_test1.tolist()[0]
a = pd.crosstab(np.array(y_test1), y_pre, rownames=['Lables'], colnames=['Predict'])

df = pd.DataFrame(a)  # 转换成属dataframe
sh = sns.heatmap(df, annot=True, cmap="Reds", linewidths=0.2, linecolor='G')
plt.show(sh)
plt.savefig('digits_heatmap.peg')

 

你可能感兴趣的:(15 手写数字识别-小数据集)