import tensorflow as tf
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 导入 MNIST 数据
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
mnist = input_data.read_data_sets("D:/Project/DLearning/DL_TensorFlow/mnist_data", one_hot=True)
# 参数
learning_rate = 0.01 # 学习速率
training_epochs = 20 # 训练批次
batch_size = 128 # 随机选择训练数据大小
display_step = 1 # 展示步骤
# 网络参数
# 我这里采用了三层编码,实际针对mnist数据,隐层两层,分别为256,128效果最好
n_hidden_1 = 512 # 第一隐层神经元数量
n_hidden_2 = 256 # 第二
n_hidden_3 = 128 # 第三
n_input = 784 # 输入
# tf Graph输入
X = tf.placeholder("float32", [None, n_input])
# 权重初始化
weights = {
'encoder_h1': tf.Variable(tf.random_normal([n_input, n_hidden_1])),
'encoder_h2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1, n_hidden_2])),
'encoder_h3': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2, n_hidden_3])),
'decoder_h1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_3, n_hidden_2])),
'decoder_h2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2, n_hidden_1])),
'decoder_h3': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1, n_input])),
}
# 偏置值初始化
biases = {
'encoder_b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])),
'encoder_b2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2])),
'encoder_b3': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_3])),
'decoder_b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2])),
'decoder_b2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])),
'decoder_b3': tf.Variable(tf.random_normal([n_input])),
}
# 开始编码
def encoder(x):
# sigmoid激活函数,layer = x*weights['encoder_h1']+biases['encoder_b1']
layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['encoder_h1']),
biases['encoder_b1']))
layer_2 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_1, weights['encoder_h2']),
biases['encoder_b2']))
layer_3 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_2, weights['encoder_h3']),
biases['encoder_b3']))
return layer_3
# 开始解码
def decoder(x):
# sigmoid激活函数,layer = x*weights['decoder_h1']+biases['decoder_b1']
layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['decoder_h1']),
biases['decoder_b1']))
layer_2 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_1, weights['decoder_h2']),
biases['decoder_b2']))
layer_3 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_2, weights['decoder_h3']),
biases['decoder_b3']))
return layer_3
# 构造模型
encoder_op = encoder(X)
encoder_result = encoder_op
decoder_op = decoder(encoder_op)
# 预测
y_pred = decoder_op
# 实际输入数据当作标签
y_true = X
# 定义代价函数和优化器,最小化平方误差,这里可以根据实际修改误差模型
loss = tf.reduce_mean(tf.pow(y_true - y_pred, 2))
optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss)
# 初始化变量
init = tf.global_variables_initializer()
# 运行
with tf.Session() as sess:
sess.run(init)
# 总的batch
total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
# 开始训练
for epoch in range(training_epochs):
for i in range(total_batch):
batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
_, c = sess.run([optimizer, loss], feed_dict={X: batch_xs})
# 展示每次训练结果
if epoch % display_step == 0:
print("Epoch:", '%02d' % (epoch + 1),
"cost=", "{:.9f}".format(c))
附上结果:
可以看出损失还是挺大的,而且在优化过程中,cost值始终在0.44左右徘徊,说明了算法陷入了局部最优解。这就是SGD的致命缺陷。
接下来我们使用Adagrad方法。Adagrad算法是通过参数来调整合适的学习率η,对稀疏参数进行大幅更新和对频繁参数进行小幅更新。因此,Adagrad方法非常适合处理稀疏数据。但是,这恰恰也是一个问题,学习率η总是在降低和衰减,就会导致梯度消失。
注:使用Adagrad算法优化时,增大学习率。其他的不用改动。
learning_rate = 0.6
optimizer = tf.train.AdagradOptimizer(learning_rate).minimize(loss)
附上结果:
模型性能提升了一些,可以看出的确是比较适合稀疏数据。
接下来我们再看Adagrad的提升版——Rmsprop优化器,它倾向于解决其学习率衰减的问题。
optimizer = tf.train.RMSPropOptimizer(learning_rate).minimize(loss)
Adam算法即自适应时刻估计方法(Adaptive Moment Estimation),能计算每个参数的自适应学习率,并且计算每个参数的对应动量变化并独立存储。与其他自适应学习率算法相比,其收敛速度更快,学习效果更为有效,而且可以纠正其他优化技术中存在的问题,如学习率消失、收敛过慢或是高方差的参数更新导致损失函数波动较大等问题。
下面,我们看看效果:
模型的性能确实又有所提升了,怎么让它再有所提升呢?使用优化器到此为止,我们再使用激活函数(将sigmoid变成relu函数)、指数衰减学习率、滑动平均模型对整个模型进行优化。得到结果如下:
是不是模型的性能再一次提升了,但是,我相信这不是终止,肯定还会有其他的方法进行提升的,只是现在能力有限。再接再厉吧!
参考:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/27449596?utm_source=weibo&utm_medium=social
https://www.2cto.com/kf/201612/572954.html