条件语句真返回A,假返回B
import tensorflow as tf
a=tf.constant([1,2,3,1,1])
b=tf.constant([0,1,3,4,5])
c=tf.where(tf.greater(a,b),a,b)
print(c)
运行结果:
tf.Tensor([1 2 3 4 5], shape=(5,), dtype=int32)
返回一个[0,1)之间的随机数,维度为空返回标量
import numpy as np
rdm=np.random.RandomState(seed=1)#seed=常数每次生成随机数相同
a=rdm.rand()
b=rdm.rand(2,3)
print(a)
print(b)
运行结果:
0.417022004702574
[[7.20324493e-01 1.14374817e-04 3.02332573e-01]
[1.46755891e-01 9.23385948e-02 1.86260211e-01]]
将两个数组按垂直方向叠加
import numpy as np
a=np.array([1,2,3])
b=np.array([4,5,6])
c=np.vstack((a,b))
print(c)
运行结果:
[[1 2 3]
[4 5 6]]
np.mgrid[起始值:结束值:步长,起始值:结束值:步长,…]【起始值,结束值)
x.ravel()将x变为一维数组
np.c_[数组1,数组2,…]使返回的间隔数值点配对
import numpy as np
x,y=np.mgrid[1:3:1,2:4:0.5]#第一个决定行数,第二个决定列数,扩充成网格
grid=np.c_[x.ravel(),y.ravel()]#网格配对
print(x)
print(y)
print(grid)
运行结果:
[[1. 1. 1. 1.]
[2. 2. 2. 2.]]
[[2. 2.5 3. 3.5]
[2. 2.5 3. 3.5]]
[[1. 2. ]
[1. 2.5]
[1. 3. ]
[1. 3.5]
[2. 2. ]
[2. 2.5]
[2. 3. ]
[2. 3.5]]
空间复杂度:
层数=隐藏层的层数+1个输出层(输入层不算)
总参数=总w+总b
时间复杂度:
乘加运算次数(权重线个数)
指数衰减学习率
可以先用较大的学习率,快速得到较优解,然后逐步减小学习率,使模型在训练后期稳定
指数衰减学习率=初始学习率×学习率衰减率^(当前轮数/多少轮衰减一次)
首选relu激活函数;
学习率设置较小值;
输入特征标准化(让输入特征满足以0为均值,1为标准差的正态分布);
初始参数中心化(让随机生成的参数满足以0为均值,sqrt(2/当前层输入特征个数)为标准差的正态分布)。
预测值(y)与已知答案(y_)的差距
优化目标:损失最小
mse:tf.reduce_mean(tf.square(y_-y))
表征两个概率分布之间的距离(分类)
tf.losses.categorical_crossentropy(y_,y)
输出先过softmax函数,再计算y与y_的交叉熵损失函数
tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(y_,y)
增加输入特征项
增加网络参数
减少正则化参数
数据清洗
增大训练集
采用正则化
增大正则化参数
正则化在损失函数中引入模型复杂度指标,利用给W加权值,弱化了训练数据的噪声。
loss=loss(y与y_)+regularizer×loss(w)
正则化的选择
L1(|w|,tf.nn.l1_loss(w))正则化大概率会使很多参数变为零,因此该方法可通过稀疏参数,即减少参数的数量,降低复杂度
L2(|w^2|,tf.nn.l2_loss(w))正则化会使参数很接近零但不为零,因此该方法可通过减小参数值的大小降低复杂度
待优化参数w,损失函数loss,学习率lr,每次迭代一个batch,t表示当前batch迭代的总次数:
w1.assign_sub(lr*grads[0])
b1.assign_sub(lr*grads[1])
m_w,m_b=0,0
beta=0.9
m_w=beta*m_w+(1-beta)*grads[0]
m_b=beta*m_b+(1-beta)*grads[1]
w1.assign_sub(lr*m_w)
b1.assign_sub(lr*m_b)
v_w,v_b=0,0
v_w+=tf.square(grads[0])
v_b+=tf.square(grads[1])
w1.assign_sub(lr*grads[0]/tf.sqrt(v_w))
b1.assign_sub(lr*grads[1]/tf.sqrt(v_b))
v_w,v_b=0,0
beta=0.9
v_w=beta*v_w+(1-beta)*tf.square(grads[0])
v_b=beta*v_b+(1-beta)*tf.square(grads[1])
w1.assgn_sub(lr*grads[0]/tf.sqrt(v_w))
b1.assign_sub(lr*grads[1]/tf.sqrt(v_b))
# 利用鸢尾花数据集,实现前向传播、反向传播,可视化loss曲线
# 导入所需模块
import tensorflow as tf
from sklearn import datasets
from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np
import time ##1##
# 导入数据,分别为输入特征和标签
x_data = datasets.load_iris().data
y_data = datasets.load_iris().target
# 随机打乱数据(因为原始数据是顺序的,顺序不打乱会影响准确率)
# seed: 随机数种子,是一个整数,当设置之后,每次生成的随机数都一样(为方便教学,以保每位同学结果一致)
np.random.seed(116) # 使用相同的seed,保证输入特征和标签一一对应
np.random.shuffle(x_data)
np.random.seed(116)
np.random.shuffle(y_data)
tf.random.set_seed(116)
# 将打乱后的数据集分割为训练集和测试集,训练集为前120行,测试集为后30行
x_train = x_data[:-30]
y_train = y_data[:-30]
x_test = x_data[-30:]
y_test = y_data[-30:]
# 转换x的数据类型,否则后面矩阵相乘时会因数据类型不一致报错
x_train = tf.cast(x_train, tf.float32)
x_test = tf.cast(x_test, tf.float32)
# from_tensor_slices函数使输入特征和标签值一一对应。(把数据集分批次,每个批次batch组数据)
train_db = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_train, y_train)).batch(32)
test_db = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_test, y_test)).batch(32)
# 生成神经网络的参数,4个输入特征故,输入层为4个输入节点;因为3分类,故输出层为3个神经元
# 用tf.Variable()标记参数可训练
# 使用seed使每次生成的随机数相同(方便教学,使大家结果都一致,在现实使用时不写seed)
w1 = tf.Variable(tf.random.truncated_normal([4, 3], stddev=0.1, seed=1))
b1 = tf.Variable(tf.random.truncated_normal([3], stddev=0.1, seed=1))
lr = 0.1 # 学习率为0.1
train_loss_results = [] # 将每轮的loss记录在此列表中,为后续画loss曲线提供数据
test_acc = [] # 将每轮的acc记录在此列表中,为后续画acc曲线提供数据
epoch = 500 # 循环500轮
loss_all = 0 # 每轮分4个step,loss_all记录四个step生成的4个loss的和
##########################################################################
m_w, m_b = 0, 0
v_w, v_b = 0, 0
beta1, beta2 = 0.9, 0.999
delta_w, delta_b = 0, 0
global_step = 0
##########################################################################
# 训练部分
now_time = time.time() ##2##
for epoch in range(epoch): # 数据集级别的循环,每个epoch循环一次数据集
for step, (x_train, y_train) in enumerate(train_db): # batch级别的循环 ,每个step循环一个batch
##########################################################################
global_step += 1
##########################################################################
with tf.GradientTape() as tape: # with结构记录梯度信息
y = tf.matmul(x_train, w1) + b1 # 神经网络乘加运算
y = tf.nn.softmax(y) # 使输出y符合概率分布(此操作后与独热码同量级,可相减求loss)
y_ = tf.one_hot(y_train, depth=3) # 将标签值转换为独热码格式,方便计算loss和accuracy
loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_ - y)) # 采用均方误差损失函数mse = mean(sum(y-out)^2)
loss_all += loss.numpy() # 将每个step计算出的loss累加,为后续求loss平均值提供数据,这样计算的loss更准确
# 计算loss对各个参数的梯度
grads = tape.gradient(loss, [w1, b1])
##########################################################################
# adam
m_w = beta1 * m_w + (1 - beta1) * grads[0]
m_b = beta1 * m_b + (1 - beta1) * grads[1]
v_w = beta2 * v_w + (1 - beta2) * tf.square(grads[0])
v_b = beta2 * v_b + (1 - beta2) * tf.square(grads[1])
m_w_correction = m_w / (1 - tf.pow(beta1, int(global_step)))
m_b_correction = m_b / (1 - tf.pow(beta1, int(global_step)))
v_w_correction = v_w / (1 - tf.pow(beta2, int(global_step)))
v_b_correction = v_b / (1 - tf.pow(beta2, int(global_step)))
w1.assign_sub(lr * m_w_correction / tf.sqrt(v_w_correction))
b1.assign_sub(lr * m_b_correction / tf.sqrt(v_b_correction))
##########################################################################
# 每个epoch,打印loss信息
print("Epoch {}, loss: {}".format(epoch, loss_all / 4))
train_loss_results.append(loss_all / 4) # 将4个step的loss求平均记录在此变量中
loss_all = 0 # loss_all归零,为记录下一个epoch的loss做准备
# 测试部分
# total_correct为预测对的样本个数, total_number为测试的总样本数,将这两个变量都初始化为0
total_correct, total_number = 0, 0
for x_test, y_test in test_db:
# 使用更新后的参数进行预测
y = tf.matmul(x_test, w1) + b1
y = tf.nn.softmax(y)
pred = tf.argmax(y, axis=1) # 返回y中最大值的索引,即预测的分类
# 将pred转换为y_test的数据类型
pred = tf.cast(pred, dtype=y_test.dtype)
# 若分类正确,则correct=1,否则为0,将bool型的结果转换为int型
correct = tf.cast(tf.equal(pred, y_test), dtype=tf.int32)
# 将每个batch的correct数加起来
correct = tf.reduce_sum(correct)
# 将所有batch中的correct数加起来
total_correct += int(correct)
# total_number为测试的总样本数,也就是x_test的行数,shape[0]返回变量的行数
total_number += x_test.shape[0]
# 总的准确率等于total_correct/total_number
acc = total_correct / total_number
test_acc.append(acc)
print("Test_acc:", acc)
print("--------------------------")
total_time = time.time() - now_time ##3##
print("total_time", total_time) ##4##
# 绘制 loss 曲线
plt.title('Loss Function Curve') # 图片标题
plt.xlabel('Epoch') # x轴变量名称
plt.ylabel('Loss') # y轴变量名称
plt.plot(train_loss_results, label="$Loss$") # 逐点画出trian_loss_results值并连线,连线图标是Loss
plt.legend() # 画出曲线图标
plt.show() # 画出图像
# 绘制 Accuracy 曲线
plt.title('Acc Curve') # 图片标题
plt.xlabel('Epoch') # x轴变量名称
plt.ylabel('Acc') # y轴变量名称
plt.plot(test_acc, label="$Accuracy$") # 逐点画出test_acc值并连线,连线图标是Accuracy
plt.legend()
plt.show()
# 请将loss曲线、ACC曲线、total_time记录到 class2\优化器对比.docx 对比各优化器收敛情况