卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。

传统的神经网络存在的问题:

权值太多,计算量太大

权值太多,需要大量样本进行训练

 

CNN通过感受野和权值共享减少了神经网络需要训练的参数个数

 

感受野:后面的神经元只能接到前面图片的一部分

权值共享:权值个数相同,相同颜色的  权值值也相同

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第1张图片

 

卷积核的定义:

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第2张图片

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第3张图片

 

池化层:

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第4张图片

 

卷积操作   same  padding 和  valid  padding

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第5张图片

    池化操作:same  padding 和  valid  padding

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第6张图片

 

 

卷积神经网络结构图:

 

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第7张图片

 

输入层 → 第一个卷积层 → 第二个卷积层 → 第一个全连接层  →第二个全连接层  →  交叉熵代价函数 → 求准确率  →  训练→ 输出层  

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第8张图片

 

卷积层的结构:

初始化权值和偏置值  →  卷积处理  →  relu 激活函数 →  池化层处理 →下一个卷积层

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第9张图片

 

 

全连接层:

值转换  →初始化权值和偏值值  → relu 激活函数   → dropout函数(让一部分神经元工作) → 输出 

 

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第10张图片

卷积神经网络CNN,以及用CNN解决MNIST分类问题。_第11张图片

 

 

# -*- coding: utf-8 -*-

import  tensorflow  as   tf

from  tensorflow.examples.tutorials.mnist  import  input_data

#载入数据库

mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/",one_hot=True)

#每个批次的大小

batch_size = 100

#计算一共 有多少个批次

n_batch = mnist.train.num_examples//batch_size

#初始化权值

def  weight_variable(shape):

    initial = tf.truncated_normal(shape,stddev = 0.1)  #生成一个截断的正态分布

    return  tf.Variable(initial)

#初始化权值

def   bias_variable(shape):

    initial = tf.constant(0.1,shape = shape)

    return   tf.Variable(initial)

#卷积层

def   conv2d(x,w):

    # x  input  tensor  of   shape [batch,in_height,in_width,in_channels]

    #w fileter/kernel   tensor  of  shape [filter_heigth,filter_width,in_channel,put_channels]

    #strides[0] = strides[3] = 1,strides[1]代表 x方向的步长 ,strides[2]表示 y 方向的步长

    #padding:A  string  from:  "same","valid"

    return tf.nn.conv2d(x,w,strides = [1,1,1,1],padding = 'SAME')

#池化层

def   max_pool_2x2(x):

    #kize[1,x,y,1]

    return  tf.nn.max_pool(x,ksize = [1,2,2,1],strides = [1,2,2,1],padding = "SAME")

#定义两个placeholder

x = tf.placeholder(tf.float32,[None,784])#28x28

y = tf.placeholder(tf.float32,[None,10])

#改变x的格式转为4D事务向量[batch,in_height,in_width,in_channels]

x_image = tf.reshape(x,[-1,28,28,1])

#初始化第一个卷积层的权值和偏值

W_conv1 = weight_variable([5,5,1,32])#5x5的采样窗口,32个卷积核从1个平面抽取特征

b_conv1 = bias_variable([32]) #每一个卷积核一个偏值

#把x_image和权值向量进行卷积,再加上偏值值,然后应用于relu激活函数

b_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_image,W_conv1)+b_conv1)

h_pool1 =max_pool_2x2(b_conv1)  #进行max_pooling

#初始化第二个卷积层的权值和偏值

W_conv2 = weight_variable([5,5,32,64])  #5x5的采样窗口,64个卷积核从32个平面抽取特征

b_conv2 = bias_variable([64]) #每一个卷积核一个偏值

#把h_pool1和权值向量进行卷积,再加上偏值值,然后应用于relu激活函数

b_conv2 = tf.nn.relu(conv2d(h_pool1,W_conv2)+b_conv2)

h_pool2 = max_pool_2x2(b_conv2) #进行max_pooling

#28*28的图片第一次卷积后还是28*28,第一次池化后变为14*14

#第二次卷积后为14*14,第二次池化后变成了7*7

#通过上面的操作后得到64张7*7的平面

#初始化第一个全连接层的权值

W_fcl = weight_variable([7*7*64,1024])#上异常有7*7*64个神经元,全连接层有1024个神经元

b_fcl = bias_variable([1024])#1024个节点

#把池化层2的输出扁平化为1维

h_pool2_flat = tf.reshape(h_pool2,[-1,7*7*64])

#求第一个全连接层的输出

b_fcl = tf.nn.relu (tf.matmul(h_pool2_flat,W_fcl)+b_fcl)

#keep_prob用来表示神经元的输出概率

keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

b_fcl_drop = tf.nn.dropout(b_fcl,keep_prob)

#初始化第二个全连接层

W_fc2 = weight_variable([1024,10])

b_fc2 = bias_variable([10])

#计算输出

prediction = tf.nn.softmax(tf.matmul(b_fcl_drop,W_fc2)+b_fc2)

#交叉熵代价函数

cross_entropy = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels= y,logits =prediction))

#使用AdamOptimizer进行优化

train_step = tf.train.AdamOptimizer(1e-4).minimize(cross_entropy)

#结果存放在一个布尔型列表中

correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(prediction,1),tf.argmax(y,1))

accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction,tf.float32))

with  tf.Session () as  sess:

    sess.run(tf.global_variables_initializer())

    for epoch  in range(21):

        for  batch  in range (n_batch):

            batch_xs,batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)

            sess.run(train_step,feed_dict = {x:batch_xs,y:batch_ys,keep_prob:0.7})

            acc= sess.run(accuracy,feed_dict = {x:mnist.test.images,y:mnist.test.labels,keep_prob:1.0})

            print("Iter"+str(epoch)+",Testing  Accuracy ="+str(acc))

 

            

            

            

            

 

 

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