TensorFlow实操之—保存训练模型，并用训练模型进行实际预测应用

在前面，我们使用了全连接、神经网络、卷积神经网络等一些深度学习模型做了一些简单的应用，那么使用这些模型中，训练得到的结果如何保存，并如何用它们来对实际的使用作出贡献呢。#

如何在深度学习中保存训练模型

在TensorFlow中，主要使用tf.train.Saver()来完成模型的保存。主要的步骤如下：
1、设置保存模型的目录。
我们在本地设置一个叫做ckpt的文件夹来保存模型CKPT_DIR='ckpt'
2、在模型保存文件中读取状态ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(CKPT_DIR)
3、定义一个saver，即保存模型的对象。saver=tf.train.Saver()
4、如果在保存模型里已经有一部分训练模型结果，那么恢复出来。

if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:
    saver.restore(sess,ckpt.model_checkpoint_path)

5、经过一定轮数的训练后保存训练模型

saver.save(sess,CKPT_DIR+'/model',global_step=i)

如此这样，我们就可以把训练模型结果保存在ckpt文件夹了。

深度学习中保存训练模型实例

下面我们通过实例展示一下如何保存训练模型，我们使用多隐层来训练手写数字识别，其具体算法可以见之前的博客https://blog.csdn.net/weixin_45690272/article/details/102964406的"多隐藏层神经网络手写数字识别"一节。那么，在保存训练模型中，根据前一节步骤具体代码如下：

import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')

import tensorflow as tf
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

CKPT_DIR='ckpt'
mnist_data=input_data.read_data_sets('mnist_data/',one_hot=True) #获取mnist数据

#设置超参数
batch_size=100     #每一轮数据量大小
learning_rate=0.8   #初始学习率
learning_rate_decay=0.999 #学习率的衰减
max_steps=1000  #最大训练步数
training_step=tf.Variable(0,trainable=False)

#定义隐藏层函数

def hidden_layer(input_tensor,weights1,biases1,weights2,biases2,layer_name):
    layer1=tf.nn.relu(tf.matmul(input_tensor,weights1)+biases1)  #第一层隐藏层采用了relu激活函数
    return tf.matmul(layer1,weights2)+biases2                    #第二层没有采用激活函数,即输出层

x=tf.placeholder(tf.float32,[None,784])   #训练数据集的输入，有784维个特征
y_=tf.placeholder(tf.float32,[None,10])  #训练数据的标签，10分类

weights1=tf.Variable(tf.truncated_normal([784,500],stddev=0.1),name='weight1')  #权重1
biases1=tf.Variable(tf.truncated_normal([1,500],stddev=0.1),name='biases1' )    #偏值1
weights2=tf.Variable(tf.truncated_normal([500,10],stddev=0.1),name='weight2')  #权重2
biases2=tf.Variable(tf.truncated_normal([1,10],stddev=0.1),name='biases2')     #偏值2

y=hidden_layer(x,weights1,biases1,weights2,biases2,'y')       #训练数据经过计算之后的结果。

#参数更新
averages_class=tf.train.ExponentialMovingAverage(0.99,training_step)
averages_op=averages_class.apply(tf.trainable_variables())

average_y=hidden_layer(x,averages_class.average(weights1),
                        averages_class.average(biases1),
                        averages_class.average(weights2),
                        averages_class.average(biases2),
                        'average_y')


#交叉熵
cross_entropy=tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y,labels=tf.argmax(y_,1))
#正则化
regular=tf.contrib.layers.l2_regularizer(0.0001)
regulation=regular(weights1)+regular(weights2)
#总的损失函数
loss=tf.reduce_mean(cross_entropy)+regulation

#学习率更新
learning_rate=tf.train.exponential_decay(learning_rate,training_step,mnist_data.train.num_examples/batch_size,learning_rate_decay)
train_step=tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss,global_step=training_step)

# train_op=tf.group(train_step)
with tf.control_dependencies([train_step,averages_op]):
    train_op=tf.no_op(name='train')

#评估模型

init=tf.global_variables_initializer()
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(average_y, 1), tf.argmax(y_, 1))  # 这行代码的目的是对比预测值y与标签y_是否匹配
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction,  tf.float32))
# 这行代码会给我们一组布尔值。为了确定正确预测项的比例，我们可以把布尔值转换成浮点数，然后取平均值。例如，[True, False, True, True] 会变成 [1,0,1,1] ，取平均值后得到 0.75.

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    validate_feed={
     x:mnist_data.validation.images,y_:mnist_data.validation.labels}
    test_feed={
     x:mnist_data.test.images,y_:mnist_data.test.labels}
    ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(CKPT_DIR)
    saver=tf.train.Saver()
    if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:
        saver.restore(sess,ckpt.model_checkpoint_path)
    for i in range(max_steps):
        if i % 100 == 0:
            validate_accuracy=sess.run(accuracy, feed_dict=validate_feed)
            print('validate_accuracy',validate_accuracy)
            saver.save(sess,CKPT_DIR+'/model',global_step=i)

        batch_x,batch_y=mnist_data.train.next_batch(batch_size)
        sess.run(train_op,feed_dict={
     x:batch_x, y_:batch_y})

    print(' accuracy is ',sess.run(accuracy, feed_dict=test_feed))  # 评估模型准确率

可以在代码中寻找步骤所添加的代码。运行结果准确率达到98%。accuracy is 0.9809。而模型的保存情况见如下目录：

如何使用训练模型来做实际的预测

保存了训练模型之后，是用来具体使用的那么如何使用呢。具体步骤是
1、读取训练模型

ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(CKPT_DIR)
saver = tf.train.Saver()
if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:
    saver.restore(sess, ckpt.model_checkpoint_path)

2、加载被预测信息

image_path='D:/AITFPy/tfLearing/test_images/4.png'
img=Image.open(image_path).convert('L')
flatten_img=np.reshape(img,784)
x_predict=np.array([1-flatten_img])

3、把被预测信息放入到模型计算，然后获得结果

y_predict=sess.run(y,feed_dict={
     x:x_predict})

4、对比试验结果。
现在我们来测试如下手写数字识别的0和4


具体代码如下

from PIL import Image
import numpy as np
import tensorflow as tf

CKPT_DIR='ckpt'

def hidden_layer(input_tensor,weights1,biases1,weights2,biases2,layer_name):
    layer1=tf.nn.relu(tf.matmul(input_tensor,weights1)+biases1)  #第一层隐藏层采用了relu激活函数
    return tf.matmul(layer1,weights2)+biases2                    #第二层没有采用激活函数,即输出层

x=tf.placeholder(tf.float32,[None,784])   #训练数据集的输入，有784维个特征
y_=tf.placeholder(tf.float32,[None,10])  #训练数据的标签，10分类

weights1=tf.Variable(tf.truncated_normal([784,500],stddev=0.1),name='weight1')  #权重1
biases1=tf.Variable(tf.truncated_normal([1,500],stddev=0.1),name='biases1' )    #偏值1
weights2=tf.Variable(tf.truncated_normal([500,10],stddev=0.1),name='weight2')  #权重2
biases2=tf.Variable(tf.truncated_normal([1,10],stddev=0.1),name='biases2')     #偏值2

y=hidden_layer(x,weights1,biases1,weights2,biases2,'y')       #训练数据经过计算之后的结果。


init=tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(CKPT_DIR)
    saver = tf.train.Saver()
    if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:
        saver.restore(sess, ckpt.model_checkpoint_path)
    else:
        raise FileNotFoundError("未保存任何模型")
    image_path='D:/AITFPy/tfLearing/test_images/4.png'
    img=Image.open(image_path).convert('L')
    flatten_img=np.reshape(img,784)
    x_predict=np.array([1-flatten_img])
    y_predict=sess.run(y,feed_dict={
     x:x_predict})
    print(image_path)
    print("predict number is ",np.argmax(y_predict[0]))

运行结果如下：

D:/AITFPy/tfLearing/test_images/4.png
predict number is  4

同样的，我们对0进行预测，结果也很理想。