基于Paddle2.0的手写数字识别

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    • 1 准备数据
    • 2 网络配置

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首先导入必要的包

numpy---------->python第三方库,用于进行科学计算
PIL------------> Python Image Library,python第三方图像处理库
matplotlib----->python的绘图库 pyplot:matplotlib的绘图框架
os------------->提供了丰富的方法来处理文件和目录

#导入需要的包
import numpy as np
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import os
import paddle
import paddle.nn.functional as F

1 准备数据

(1)数据集介绍

MNIST数据集包含60000个训练集和10000测试数据集。分为图片和标签,图片是28*28的像素矩阵,标签为0~9共10个数字。
在这里插入图片描述
(2)transform函数是定义了一个归一化标准化的标准

(3)train_dataset和test_dataset

paddle.vision.datasets.MNIST()中的mode='train’和mode='test’分别用于获取mnist训练集和测试集

transform=transform参数则为归一化标准

#导入数据集Compose的作用是将用于数据集预处理的接口以列表的方式进行组合。
#导入数据集Normalize的作用是图像归一化处理,支持两种方式: 1. 用统一的均值和标准差值对图像的每个通道进行归一化处理; 2. 对每个通道指定不同的均值和标准差值进行归一化处理。
from paddle.vision.transforms import Compose, Normalize
transform = Compose([Normalize(mean=[127.5],std=[127.5],data_format='CHW')])
# 使用transform对数据集做归一化
print('下载并加载训练数据')
train_dataset = paddle.vision.datasets.MNIST(mode='train', transform=transform)
test_dataset = paddle.vision.datasets.MNIST(mode='test', transform=transform)
print('加载完成')


#让我们一起看看数据集中的图片是什么样子的
train_data0, train_label_0 = train_dataset[0][0],train_dataset[0][1]
train_data0 = train_data0.reshape([28,28])
plt.figure(figsize=(2,2))
print(plt.imshow(train_data0, cmap=plt.cm.binary))
print('train_data0 的标签为: ' + str(train_label_0))

打印如下
基于Paddle2.0的手写数字识别_第1张图片

2 网络配置

以下的代码判断就是定义一个简单的多层感知器,一共有三层,两个大小为100的隐层和一个大小为10的输出层,因为MNIST数据集是手写0到9的灰度图像,类别有10个,所以最后的输出大小是10。最后输出层的激活函数是Softmax,所以最后的输出层相当于一个分类器。加上一个输入层的话,多层感知器的结构是:输入层–>>隐层–>>隐层–>>输出层。
基于Paddle2.0的手写数字识别_第2张图片

# 定义多层感知器 
#动态图定义多层感知器
class multilayer_perceptron(paddle.nn.Layer):
    def __init__(self):
        super(multilayer_perceptron,self).__init__()
        self.flatten = paddle.nn.flatten()
        self.hidden = paddle.nn.Linear(in_features=784,out_features=128)
        self.output = paddle.nn.Linear(in_features=128,out_features=10)
    def forward(self, x):
        x=self.flatten(x)
        x=self.hidden(x)
        x=F.relu(x)
        x=self.output(x)
        return y
#请在这里定义卷积网络的代码
class LeNet(paddle.nn.Layer):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=1,out_channels=6,kernel_size=5,stride=1)
        #池化层L2
        self.pool1 = paddle.nn.MaxPool2D(kernel_size=2,stride=2)
        #卷积层L3
        self.conv2 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=6,out_channels=16,kernel_size=5,stride=1)
        #池化层L4
        self.pool2 = paddle.nn.MaxPool2D(kernel_size=2,stride=2)
        #线性层L5
        self.fc1=paddle.nn.Linear(256,120)
        #线性层L6
        self.fc2=paddle.nn.Linear(120,84)
        #线性层L7
        self.fc3=paddle.nn.Linear(84,10)
    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        x = F.relu(x)
        x = self.pool1(x)
        x = F.relu(x)
        x = self.conv2(x)
        x = self.pool2(x)
        x = paddle.flatten(x, start_axis=1,stop_axis=-1)
        x = self.fc1(x)
        x = F.relu(x)
        x = self.fc2(x)
        x = F.relu(x)
        out = self.fc3(x)
        return out

封装模型与训练

from paddle.metric import Accuracy
# 用Model封装模型
model = paddle.Model(LeNet())
# 定义损失函数
optim = paddle.optimizer.Adam(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())
# 配置模型
model.prepare(optim,paddle.nn.CrossEntropyLoss(),Accuracy())
# 训练保存并验证模型
model.fit(train_dataset,test_dataset,epochs=5,batch_size=64,save_dir='multilayer_perceptron',verbose=1)

基于Paddle2.0的手写数字识别_第3张图片

# 训练保存并验证模型
model.fit(train_dataset,test_dataset,epochs=2,batch_size=64,save_dir='multilayer_perceptron',verbose=1)

结果如下
基于Paddle2.0的手写数字识别_第4张图片
测试

#获取测试集的第一个图片
test_data0, test_label_0 = test_dataset[0][0],test_dataset[0][1]
test_data0 = test_data0.reshape([28,28])
plt.figure(figsize=(2,2))
#展示测试集中的第一个图片
print(plt.imshow(test_data0, cmap=plt.cm.binary))
print('test_data0 的标签为: ' + str(test_label_0))
#模型预测
result = model.predict(test_dataset, batch_size=1)
#打印模型预测的结果
print('test_data0 预测的数值为:%d' % np.argsort(result[0][0])[0][-1])

结果如下
基于Paddle2.0的手写数字识别_第5张图片

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