TensorFlow的基本使用(基本结构、变量管理、模型持久化)

本文用于学习TensorFlow的基本使用(基本结构、变量管理、模型持久化)！！！

一.TensorFlow的基本结构

#1.创建计算节点
a = tf.constant([1.2, 1.2], name='a')
b = tf.constant([1.0, 1.0], name='b')
result = tf.add(a,b,name='add');
#输出运算节点信息
print(result)
#2.创建会话
sess = tf.Session()
#3.运行计算图
print( sess.run(result) )
#计算张量的值
print( result.eval(session = sess) )
#4.关闭会话，释放资源
sess.close()

#1.创建计算节点
a = tf.constant([1.2, 1.2], name='a')
b = tf.constant([1.0, 1.0], name='b')
result = tf.add(a,b,name='add');
#输出运算节点信息
print(result)
#2.创建会话，通过python的上下文管理这个会话，上下文退出时会话关闭和资源释放自动完成
sess = tf.Session()
with sess.as_default():
	#3.运行计算图
	print( sess.run(result) )
	#计算张量的值
	print( result.eval() )

基于TensorFlow线性回归算法的使用，训练集为鸢尾花的两个特征！！！

#基于TensorFlow线性回归算法的使用，训练集为鸢尾花的两个特征
import tensorflow as tf 
import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import datasets

#获得数据集
iris = datasets.load_iris().data
print(type(iris))
train = np.array([arr[3]for arr in iris])#花瓣宽度特征
label = np.array([arr[0]for arr in iris])#花瓣长度特征

#1.创建计算节点
#定义占位变量
x_data = tf.placeholder(shape = [None,1], dtype = tf.float32)
y_data = tf.placeholder(shape = [None,1], dtype = tf.float32)

w = tf.Variable(tf.random_normal([1,1]))
b = tf.Variable(tf.random_normal([1,1]))

#决策函数
y = tf.add(tf.matmul(x_data, w), b)

#均方差损失函数
loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_data - y))

#优化算法
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(loss)

#2.创建会话
sess = tf.Session()

#3.运行计算图
init = tf.global_variables_initializer()
sess.run(init)

steps = 500
batch = 5

for i in range(steps):
	#获得batch的训练集和标签集
	rand_index = np.random.choice(len(train), size = batch)
	rand_x = np.transpose([train[rand_index]])
	rand_y = np.transpose([label[rand_index]])
	#训练模型参数
	sess.run(train_step, feed_dict = {x_data:rand_x,y_data:rand_y})
	if i%30==0:
		print(sess.run(loss, feed_dict = {x_data:rand_x,y_data:rand_y}))

#获得模型参数
[weight] = sess.run(w)
[bias] = sess.run(b)

#获得拟合结果
result = []
for i in train:
	result.append(i*weight+bias)

#绘制拟合结果
plt.plot(train, label, 'o', label = 'points')
plt.plot(train, result, 'r-', label = 'result', linewidth=1)
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.show()

#4.结束会话
sess.close()

二.TensorFlow的变量管理

#创建变量,两种方式等价
v1 = tf.get_variable("v1", shape=[1], initializer=tf.constant_initializer(1.0))
# v1 = tf.Variable( tf.constant(1.0, shape=[1]), name='v1' )
print( "变量名称：", v1.name )

#生成上下文管理器，同时创建命名空间，在命名空间内创建变量
with tf.variable_scope("space", reuse=False):
	v2 = tf.get_variable("v2", shape=[1], initializer=tf.constant_initializer(1.0))
	#在命名空间创建的变量，在变量名称前会加入命名空间的名称
	print( "变量名称：", v2.name )# :0便是这个变量时生成变量这个运算的第一个结果

	#嵌套命名空间，内层如果不指定reuse参数时，将会与外层reuse参数相同
	with tf.variable_scope("space_"):
		#获得reuse参数
		print( tf.get_variable_scope().reuse )
		v4 = tf.get_variable("v2", shape=[1])
		print( v4.name )

#生成上下文管理器，在命名空间内获取已经创建过的变量
with tf.variable_scope("space", reuse=True):
	v3 = tf.get_variable("v2", shape=[1])

#创建一个名称为空的命名空间
with tf.variable_scope("", reuse=True):
	#通过带命名空间名称的变量名获取其命名空间下的变量
	v5 = tf.get_variable( "space/v2", shape=[1] )

#初始化变量
init = tf.initialize_all_variables()

#创建会话
with tf.Session() as sess:
	sess.run( init )
	print( sess.run( v1 ) )
	print( sess.run( v2 ) )
	print( sess.run( v3 ) )
	print( sess.run( v4 ) )
	print( sess.run( v5 ) )

三.TensorFlow模型持久化

import tensorflow as tf 

#问题：保存TensorFlow模型
#创建变量
v1 = tf.Variable( tf.constant(1.0, shape=[1]), name='v1' )
v2 = tf.Variable( tf.constant(2.0, shape=[1]), name='v2' )
result = v1 + v2

#初始化变量
init = tf.initialize_all_variables()
#声明tf.train.Saver类用于保存模型
saver = tf.train.Saver()

#创建会话
with tf.Session() as sess:
	sess.run(init)
	print( sess.run(result) )
	#保存模型 model.ckpt.meta保存计算图的结构 model.ckpt保存每一个变量的取值 
	#checkpoint保存一个目录下所有的模型文件列表
	saver.save( sess, "D:/Code_py/Neural/TensorFlow/model/model.ckpt" )

#问题：加载已经保存的TensorFlow模型
#声明变量
v1 = tf.Variable( tf.constant(1.0, shape=[1]), name='v1' )
v2 = tf.Variable( tf.constant(2.0, shape=[1]), name='v2' )
result = v1 + v2

#声明保存类
saver = tf.train.Saver()

#创建会话
声明变量
with tf.Session() as sess:
	#不需要运行变量的初始化过程，直接加载已经保存的变量
	saver.restore( sess, "D:/Code_py/Neural/TensorFlow/model/model.ckpt" )
	print( sess.run(result) )

#问题：加载模型的同时变量重命名
#声明变量
v1 = tf.Variable( tf.constant(2.0, shape=[1]), name='other-v1' )
v2 = tf.Variable( tf.constant(2.0, shape=[1]), name='other-v2' )

#将原来名称为v1的变量加载到名称为'other-v1'变量v1中
#将原来名称为v2的变量加载到名称为'other-v2'变量v2中
saver = tf.train.Saver( {"v1":v1, "v2":v2} )

#创建会话
with tf.Session() as sess:
	#不需要运行变量的初始化过程，直接加载已经保存的变量
	saver.restore( sess, "D:/Code_py/Neural/TensorFlow/model/model.ckpt" )
	print( sess.run(v1) )

所用知识：

1.TensorFlow分为两个阶段：

1)定义计算图中的计算；

2)执行计算；

2.TensorFlow中所有的数据都通过张量的形式来表示，零阶张量是标量，一阶张量是向量，n阶张量是n维数组。张量中并没有真正保存数字，保存的是如何得到这些数字的计算过程。一个张量保存了三个属性：name,shape,type。

总而言之，计算图上的每一个节点代表一个运算，计算的结果保存在张量之中。

3.TensorFlow目前支持的所有随机数生成器：

tf.random_normal() 正态分布

tf.truncated_normal() 正态分布，随机出来的值偏离平均值超过两个标准差，此数重新随机

tf.random_uniform() 均匀分布

tf.random_gamma() Gamma分布

4.TensorFlow常用的优化算法：

tf.train.GradientDescentOptimizer()

tf.train.AdamOptimizer()

tf.train.MomentumOptimizer()

5.tf提供了通过变量名称来创建或者获取一个变量的机制。通过这个机制，在不同的函数中可以直接通过变量的名字来使用变量，而不需要将变量通过形参的形式传递到函数内。此机制通过tf.get_variable() tf.variable_scope()函数实现。

tf.get_variable()用来创建或者获取变量。当其用于创建变量时，和tf.Variable()功能一样；当其用于获取已经创建的变量时，需要通过tf.variable_scope()函数来生成一个上下文管理器，在此管理器中，tf.get_variable()将直接获取已经创建的变量。

参考资料：

1.《TensorFlow实战Google深度学习框架》

2.TensorFlow实现线性回归 https://blog.csdn.net/lilongsy/article/details/79360458

3.Saver的用法 https://blog.csdn.net/u011500062/article/details/51728830

TensorFlow的基本使用(基本结构、变量管理、模型持久化)

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