MNIST 数据集输出手写数字识别准确率——介绍
- 1. mnist 数据集
- 2. 需要使用到的函数
-
- 2.1 read_data_sets():加载 mnist 数据集
- 2.2 mnist.train/validation/test.mun_examples:返回样本数
- 2.3 返回 mnist 数据集标签
- 2.4 train.images[]:返回 mnist 数据集图片像素值
- 2.5 mnist.train.next_batch():将数据输入神经网络
- 3. 实现“Mnist 数据集手写数字识别”的常用函数
-
- 3.1 tf.get_collection('' '')
- 3.2 tf.add( )
- 3.3 tf.cast(x,dtype)
- 3.4 tf.equal( )
- 3.5 tf.reduce_mean(x,axis)
- 3.6 tf.argmax(x,axis)
- 3.7 os.path.join()
- 3.8 字符串.split( )
- 3.9 tf.Graph( ).as_default( )
- 4. 神经网络模型的保存
- 5. 神经网络模型的加载
- 6. 加载模型中参数的滑动平均值
- 7. 神经网络模型准确率评估方法
1. mnist 数据集
- mnist 数据集:包含 7 万张黑底白字手写数字图片,其中 55000 张为训练集,5000 张为验证集,10000 张为测试集。每张图片大小为 28*28 像素,图片中纯黑色像素值为 0,纯白色像素值为 1。数据集的标签是长度为 10 的一维数组,数组中每个元素索引号表示对应数字出现的概率
- 在将 mnist 数据集作为输入喂入神经网络时,需先将数据集中每张图片变为长度
784 一维数组,将该数组作为神经网络输入特征喂入神经网络。
- 例如:
一张数字手写体图片变成长度为 784 的一维数组[0.0.0.0.0.231 0.235 0.459 ……0.219 0.0.0.0.]输入神经网络。该图片对应的标签为[0.0.0.0.0.0.1.0.0.0],标签中索引号为 6 的元素为 1,表示是数字 6 出现的概率为 100%,则该图片对应的识别结果是 6
2. 需要使用到的函数
2.1 read_data_sets():加载 mnist 数据集
- 使用 input_data 模块中的 read_data_sets()函数加载mnist 数据集:
- read_data_sets()函数中有两个参数
- 第一个参数表示数据集存放路径
- 第二个参数表示数据集的存取形式。当第二个参数为 Ture 时,表示以独热码形式存取数据集。
- read_data_sets()函数运行时,会检查指定路径内是否已经有数据集,若指定路径中没有数据集,则自动下载,并将 mnist 数据集分为训练集 train、验证集 validation 和测试集 test 存放。
from tensorflow.examplee.tutorials.mnist import inpu_data
mnist = input_data.read_data_sets('./data/', one_hot = True)
2.2 mnist.train/validation/test.mun_examples:返回样本数
在 Tensorflow 中用以下函数返回mnist 数据集中训练集 train、验证集 validation 和测试集 test 样本数:
print ('train data size:', mnist.train.mun_examples)
print ('validation data size:',mnist.validation.mun_examples)
print ('test data size:'mnist.test.mun_examples)
2.3 返回 mnist 数据集标签
- 使用 train.labels 函数返回 mnist 数据集标签
- 例如:在 mnist 数据集中,若想要查看训练集中第 0 张图片的标签,则使用如下函数:
mnist.train.labels[0]
#输出结果:array([0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,0])
2.4 train.images[]:返回 mnist 数据集图片像素值
例如:在 mnist 数据集中,若想要查看训练集中第 0 张图片像素值,则使用如下函数:
mnist.train.images[0]
#输出结果:array([0. ,0. ,0. ,0. ,0. ,0. ,0. ,0. ,0. ,… … …])
2.5 mnist.train.next_batch():将数据输入神经网络
例如:
BATCH_SIZE = 200
xs,ys = mnist.train.next_batch(BATCH_SIZE)
print ('xs shape:',xs.shape) #输出结果:xs.shape(200,784)
print ('ys shape:',ys.shape) #输出结果:ys.shape(200,10)
- mnist.train.next_batch()函数:
- 包含一个参数 BATCH_SIZE,表示随机从训练集中抽取 BATCH_SIZE 个样本输入神经网络,并将样本的像素值和标签分别赋给 xs 和 ys。
- 在本例中,BATCH_SIZE 设置为 200,表示一次将 200 个样本的像素值和标签分别赋值给 xs 和 ys,故 xs 的形状为(200,784),对应的 ys 的形状为(200,10)
3. 实现“Mnist 数据集手写数字识别”的常用函数
3.1 tf.get_collection(’’ ‘’)
- tf.get_collection(“”)函数表示从 collection 集合中取出全部变量生成一个列表
3.2 tf.add( )
- tf.add( )函数表示将参数列表中对应元素相加。
- 例如:
x = tf.constant([[1,2], [1,2]])
y = tf.constant([[1,1], [1,2]])
z = tf.add(x, y)
print (z)
#输出结果:[[2,3], [2,4]]
3.3 tf.cast(x,dtype)
- tf.cast(x,dtype)函数表示将参数 x 转换为指定数据类型。
- 例如:
A = tf.convert_to_tensor(np.array([[1,1,2,4], [3,4,8,5]]))
print (A.dtype)
b = tf.cast(A, tf.float32)
print (b.dtype)
#结果输出:矩阵 A 由整数型变为 32 位浮点型
<dtype: 'int64'>
<dtype: 'float32'>
3.4 tf.equal( )
- tf.equal( )函数表示对比两个矩阵或者向量的元素。若对应元素相等,则返回 True;若对应元素不相等,则返回 False。
- 例如:
A = [[1,3,4,5,6]]
B = [[1,3,4,3,2]]
with tf.Session( ) as sess:
print(sess.run(tf.equal(A, B)))
#输出结果:[[ True True True False False]]
#在矩阵 A 和 B 中,第 1、2、3 个元素相等,第 4、5 个元素不等,故输出结果中,第 1、2、3 个元素取值为 True,第 4、5 个元素取值为 False
3.5 tf.reduce_mean(x,axis)
- tf.reduce_mean(x,axis)函数表示求取矩阵或张量指定维度的平均值。若不指定第二个参数,则在所有元素中取平均值;若指定第二个参数为 0,则在第一维元素上取平均值,即每一列求平均值;若指定第二个参数为 1,则在第二维元素上取平均值,即每一行求平均值。
- 例如:
x = [[1., 1.][2., 2.]]
print(tf.reduce_mean(x)) #输出结果:1.5
print(tf.reduce_mean(x, 0)) #输出结果:[1.5, 1.5]
print(tf.reduce_mean(x, 1)) #输出结果:[1., 1.]
3.6 tf.argmax(x,axis)
- tf.argmax(x,axis)函数表示返回指定维度 axis 下,参数 x 中最大值索引号。
- 例如:
在 tf.argmax([1,0,0],1)函数中,axis 为 1,参数 x 为[1,0,0],表示在参数 x的第一个维度取最大值对应的索引号,故返回 0
3.7 os.path.join()
- os.path.join()函数表示把参数字符串按照路径命名规则拼接。
- 例如:
import os
os.path.join('/hello/','good/boy/','doiido') #输出结果:'/hello/good/boy/doiido
3.8 字符串.split( )
- 字符串.split( )函数表示按照指定“拆分符”对字符串拆分,返回拆分列表。
- 例如:
'./model/mnist_model-1001'.split('/')[-1].split('-')[-1]
#输出结果:1001
- 在该例子中,共进行两次拆分。第一个拆分符为‘/’,返回拆分列表,并提取列表中索引为-1 的元素即倒数第一个元素;
- 第二个拆分符为‘-’,返回拆分列表,并提取列表中索引为-1 的元素即倒数第一个元素,故函数返回值为 1001
3.9 tf.Graph( ).as_default( )
- tf.Graph( ).as_default( )函数表示将当前图设置成为默认图,并返回一个上下文管理器。
- 该函数一般与 with 关键字搭配使用,应用于将已经定义好的神经网络在计算图中复现。
- 例如:
with tf.Graph().as_default() as g #表示将在 Graph()内定义的节点加入到计算图 g 中
4. 神经网络模型的保存
- 在反向传播过程中,一般会间隔一定轮数保存一次神经网络模型,并产生三个文件(保存当前图结构的.meta 文件(神经网络的网络结构)、保存当前参数名的.index 文件、保存当前参数(网络的权值,偏置,操作等)的.data 文件)
- 在 Tensorflow 中如下表示:
saver = tf.train.Saver() #实例化 saver 对象
with tf.Session() as sess:
for i in range(STEPS):
if i % 轮数 == 0:
saver.save(sess, os.path.join(MODEL_SAVE_PATH, MODEL_NAME), global_step=global_step) #神经网络每循环规定的轮数,将神经网络模型中所有的参数等信息保存到指定的路径中,并在存放网络模型的文件夹名称中注明保存模型时的训练轮数
5. 神经网络模型的加载
- 在测试网络效果时,需要将训练好的神经网络模型加载
- 在 Tensorflow 中这样表示:
#在 with 结构中进行加载保存的神经网络模型,若ckpt和保存的模型在指定路径中存在,则将保存的神经网络模型加载到当前会话中。
with tf.Session() as sess:
ckpt = tf.train.get_checkpoint_state(存储路径)
if ckpt and ckpt.model_checkpoint_path:
saver.restore(sess, ckpt.model_checkpoint_path)
6. 加载模型中参数的滑动平均值
- 在保存模型时,若模型中采用滑动平均,则参数的滑动平均值会保存在相应文件中。通过实例化 saver 对象,实现参数滑动平均值的加载
- 在 Tensorflow 中如下表示:
ema = tf.train.ExponentialMovingAverage(滑动平均基数)
ema_restore = ema.variables_to_restore()
saver = tf.train.Saver(ema_restore)
7. 神经网络模型准确率评估方法
- 在网络评估时,一般通过计算在一组数据上的识别准确率,评估神经网络的效果。
- 在 Tensorflow 中这样表示:
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y, 1), tf.argmax(y_, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))
- y :
- 表示在一组数据(即 batch_size 个数据)上神经网络模型的预测结果
- y 的形状为[batch_size,10],每一行表示一张图片的识别结果。
- tf.argmax():取出每张图片对应向量中最大值元素对应的索引值,组成长度为输入数据 batch_size 个的一维数组
- tf.equal():判断预测结果张量和实际标签张量的每个维度是否相等,若相等则返回 True,不相等则返回 False。
- tf.cast() :将得到的布尔型数值转化为实数型
- tf.reduce_mean():求平均值,最终得到神经网络模型在本组数据上的准确率。