Tensorflow--MNIST分类模型_mnist模型

• 该模型是tensorflow官方文档首个模型,没有使用卷积网络

• 关键是构建一个公式

公式为y=wx+b，带有二维像素值的数组(图片)作为输入x，标签(图片结果)作为输出y

用正向传播把数据(x，y)带入训练，再反向传播提升梯度来不断调整参数(w,b)，使得公式的输出尽量准确。

• 正确率约为92%

一、模型构建(计算公式实现)

为了得到一章图片(28*28=784个像素值)属于某个特定数字类的特征，我们对像素值进行加权求和。如果结果特征即加权值为负，就不属于该类，为正就属于该类。

1.特征值(需要学习参数W、b)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EGoAZdt4-1574573448376)(http://m.qpic.cn/psb?/V13eBt6k3qUwrV/9KIokAcGSsY17tIcV6FaPfh2aAqNNuwOpazZU0q0GAE!/b/dL4AAAAAAAAA&bo=5AK2AAAAAAADF2I!&rf=viewer_4)]

2.softmax转换特征值为概率(0-1之间):

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sm3oSOZv-1574573448377)(http://m.qpic.cn/psb?/V13eBt6k3qUwrV/4BO8EBRwzsWxHzQVjugLpOQ3Fxn1tSuDAOHkhWI3ffY!/b/dL8AAAAAAAAA&bo=ggKQAAAAAAADFyI!&rf=viewer_4)]

其中xi是输入数据，evidencei是特征,y为通过特征softmax后得到的最终概率，

而参数W和b是我们要学习得到的数据，Wi是一个[784,10]的数据，bi是一个[10]的数据，就是模型(也是一个计算公式)的核心部分。

代码：y=tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W)+b)

3.构建交叉熵

可以将W和b初始化为全0向量(或随意设置)，通过迭代输入变量的计算结果反向传播(bp),从而使用梯度下降算法(gradient descent algorithm)完成最优化参数W和b，最优化的结果可以计算出最终的模型准球率

梯度下降需要设置学习率即学习的速率,还需要一个损失函数(最长见的是交叉熵cross-entropy),该函数得到一个loss值来刻画模型训练的结果(准确率)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rl91b8bC-1574573448377)(http://m.qpic.cn/psb?/V13eBt6k3qUwrV/YoY5U*g0eEUed6EXl61fkkAszYrnzTWo12dOjhsxu64!/b/dLgAAAAAAAAA&bo=pgK.AAAAAAADFyg!&rf=viewer_4)]

y是预测的分布，y`是实际的分布，

代码:cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))

4.训练(BP和反向传播,学习过程)

训练是一系列计算，包括1.计算梯度 2.每个参数的步长变化 3.更新参数

train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)

train_step是一个对象，计算时会使用梯度下降来更新参数，通过反复运行该对象完成。

for i in range(1000):
    batch = mnist.train.next_batch(50)
    train_step.run(feed_ditc={x:batch[0],y:batch[1]})
    #x,y为具体数据，替代占位符(placeholder)
    #等价于:
    #train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)
    #sess.run(train_step,feed_ditc={x:batch[0],y:batch[1]})
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二、实现代码:

import tensorflow as tf
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
mnist = input_data.read_data_sets("./MNIST_data/",one_hot=True)

print(mnist.train.images)
print(type(mnist.train.images))
print(mnist.train.images.shape)

print(mnist.train.labels)
print(type(mnist.train.labels))
print(mnist.train.labels.shape)

x = tf.placeholder('float',[None,784]) #该占位符第一维可以是任意长度，表示图像数据可以是28*28=784的n张图

W = tf.Variable(tf.zeros([784,10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))
#w和b是需要学习的值，初始化为0

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W)+b)
#模型即计算公式,y是预测值

y_ = tf.placeholder('float',[None,10])
#y_是真实值

cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))
#计算交叉熵

train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)
#优化器，计算梯度，并将梯度作用于变量.
#使用minimize()操作，该操作不仅可以优化更新训练的模型参数，也可以为全局步骤(global step)计数

init = tf.initialize_all_variables()

sess = tf.Session()
sess.run(init)

for i in range(1000):
    batch_xs,batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
    sess.run(train_step,feed_dict={x:batch_xs,y_:batch_ys})
    
correct_predict = tf.equal(tf.argmax(y,1),tf.argmax(y_,1))
#y是一个含有10个元素的标签
#argmax(a,b)返回集合a中和数值b相同的索引值

accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_predict,"float"))
#tf.cast将bool值转化为浮点数
#tf.reduce_mean可以取平均值,如[1,0,1,1]为0.75

sess.run(accuracy,feed_dict={x:mnist.test.images,y_:mnist.test.labels}) 
sess.close()
#准确率为0.9129



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三、实现代码2

增加了测试过程的准确率，以1000次为一步

import tensorflow as tf
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
mnist = input_data.read_data_sets("./MNIST_data/",one_hot=True)

x = tf.placeholder('float',[None,784]) #该占位符第一维可以是任意长度，表示图像数据可以是28*28=784的n张图

W = tf.Variable(tf.zeros([784,10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))
#w和b是需要学习的值，初始化为0

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W)+b)
#模型即计算公式,y是预测值
y_ = tf.placeholder('float',[None,10])
#y_是真实值

cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)

correct_predict = tf.equal(tf.argmax(y,1),tf.argmax(y_,1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_predict,"float"))

init = tf.initialize_all_variables()
sess = tf.Session()
sess.run(init)

for i in range(10000):
    batch_xs,batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
    sess.run(train_step,feed_dict={x:batch_xs,y_:batch_ys})
    if i%1000 == 0:
    	acc=sess.run(accuracy,feed_dict={x:mnist.validation.images,y_:mnist.validation.labels})
    	#训练1000次后(更新的参数W,b)，对整体validation的测试
    	print('step %d is %g'%(i,acc))
    	#上两行代码等价于:
    	#print(accuracy.eval(feed_dict={x:mnist.validation.images,y_:mnist.validation.labels}))
    

accFinal=sess.run(accuracy,feed_dict={x:mnist.test.images,y_:mnist.test.labels}) 
print(accFinal)
sess.close()
#准确率为0.9129

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