tensorflow-CNN

  1. http://blog.csdn.net/cxmscb/article/details/71023576

在卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)中,卷积层的神经元只与前一层的部分神经元节点相连,即它的神经元间的连接是非全连接的,且同一层中某些神经元之间的连接的权重 w 和偏移 b 是共享的(即相同的),这样大量地减少了需要训练参数的数量。

卷积神经网络CNN的结构一般包含这几个层:具体步骤看原博客

输入层:用于数据的输入
卷积层:使用卷积核进行特征提取和特征映射
激励层:由于卷积也是一种线性运算,因此需要增加非线性映射
池化层:进行下采样,对特征图稀疏处理,减少数据运算量。
全连接层:通常在CNN的尾部进行重新拟合,减少特征信息的损失
输出层:用于输出结果

当然中间还可以使用一些其他的功能层:

归一化层(Batch Normalization):在CNN中对特征的归一化
切分层:对某些(图片)数据的进行分区域的单独学习
融合层:对独立进行特征学习的分支进行融合

训练过程:
训练算法与传统的BP算法差不多。主要包括4步,这4步被分为两个阶段:

一阶段,向前传播阶段:

a)从样本集中取一个样本(X,Yp),将X输入网络;

b)计算相应的实际输出Op。

  在此阶段,信息从输入层经过逐级的变换,传送到输出层。这个过程也是网络在完成训练后正常运行时执行的过程。在此过程中,网络执行的是计算(实际上就是输入与每层的权值矩阵相点乘,得到最后的输出结果):

      Op=Fn(…(F2(F1(XpW(1))W(2))…)W(n))

第二阶段,向后传播阶段

a)算实际输出Op与相应的理想输出Yp的差;

b)按极小化误差的方法反向传播调整权矩阵。

tensorflow主要的函数说明:

卷积层:
tf.nn.conv2d(input, filter, strides, padding, use_cudnn_on_gpu=None, data_format=None, name=None)
参数说明:
    data_format:表示输入的格式,有两种分别为:“NHWC”和“NCHW”,默认为“NHWC”

    filter:卷积核是一个4维格式的数据:shape表示为:[height,width,in_channels, out_channels],分别表示卷积核的高、宽、深度(与输入的in_channels应相同)、输出 feature map的个数(即卷积核的个数)。

    strides:表示步长:一个长度为4的一维列表,每个元素跟data_format互相对应,表示在data_format每一维上的移动步长。当输入的默认格式为:“NHWC”,则 strides = [batch , in_height , in_width, in_channels]。其中 batch 和 in_channels 要求一定为1,即只能在一个样本的一个通道上的特征图上进行移动,in_height , in_width表示卷积核在特征图的高度和宽度上移动的布长,即 strideheight和 stridewidth。

padding:表示填充方式:“SAME”表示采用填充的方式,简单地理解为以0填充边缘,当stride为1时,输入和输出的维度相同;“VALID”表示采用不填充的方式,多余地进行丢弃。具体公式:

“SAME”: output_spatial_shape[i]=⌈(input_spatial_shape[i] / strides[i])⌉

“VALID”: output_spatial_shape[i]=⌈((input_spatial_shape[i]−(spatial_filter_shape[i]−1)/strides[i])⌉


池化层:
tf.nn.max_pool( value, ksize,strides,padding,data_format=’NHWC’,name=None)
或者
tf.nn.avg_pool(…)
参数说明:
    value:表示池化的输入:一个4维格式的数据,数据的 shape 由 data_format 决定,默认情况下shape 为[batch, height, width, channels] 其他参数与 tf.nn.cov2d 类型

    ksize:表示池化窗口的大小:一个长度为4的一维列表,一般为[1, height, width, 1],因不想在batch和channels上做池化,则将其值设为1

这里写代码片
“`

在cnn中会遇到两个问题:
1.在计算loss的时候,最常见的一句话就是tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits,那么它到底是怎么做的呢?

首先明确一点,loss是代价值,也就是我们要最小化的值

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits, labels, name=None)
除去name参数用以指定该操作的name,与方法有关的一共两个参数:

第一个参数logits:就是神经网络最后一层的输出,如果有batch的话,它的大小就是[batchsize,num_classes],单样本的话,大小就是num_classes

第二个参数labels:实际的标签,大小同上

具体的执行流程大概分为两步:

第一步是先对网络最后一层的输出做一个softmax,这一步通常是求取输出属于某一类的概率,对于单样本而言,输出就是一个num_classes大小的向量([Y1,Y2,Y3…]其中Y1,Y2,Y3…分别代表了是属于该类的概率)

softmax的公式是:

至于为什么是用的这个公式?这里不介绍了,涉及到比较多的理论证明

第二步是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3…]和样本的实际标签做一个交叉熵,公式如下:

其中指代实际的标签中第i个的值(用mnist数据举例,如果是3,那么标签是[0,0,0,1,0,0,0,0,0,0],除了第4个值为1,其他全为0)

就是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3…]中,第i个元素的值

显而易见,预测越准确,结果的值越小(别忘了前面还有负号),最后求一个平均,得到我们想要的loss

注意!!!这个函数的返回值并不是一个数,而是一个向量,如果要求交叉熵,我们要再做一步tf.reduce_sum操作,就是对向量里面所有元素求和,最后才得到,如果求loss,则要做一步tf.reduce_mean操作,对向量求均值!

具体参考:http://blog.csdn.net/mao_xiao_feng/article/details/53382790

2.tensorflow在训练的时候权重是nan,如何解决?
参考:http://blog.csdn.net/zbzb1000/article/details/65626297

学习率调参:
3.http://blog.csdn.net/zhili8866/article/details/53426448

详解TensorBoard如何调参
4.http://geek.csdn.net/news/detail/197155

5.train loss与test loss结果分析网络
http://blog.csdn.net/smf0504/article/details/71698354

train loss 不断下降,test loss不断下降,说明网络仍在学习;

train loss 不断下降,test loss趋于不变,说明网络过拟合;

train loss 趋于不变,test loss不断下降,说明数据集100%有问题;

train loss 趋于不变,test loss趋于不变,说明学习遇到瓶颈,需要减小学习率或批量数目;

train loss 不断上升,test loss不断上升,说明网络结构设计不当,训练超参数设置不当,数据集经过清洗等问题。

6.tensorboard 调参
http://www.cnblogs.com/tengge/p/6376073.html

7.dropout 说明
http://blog.csdn.net/u012897374/article/details/79199935

8 tensorflow 分类实例
https://www.cnblogs.com/denny402/p/6931338.html

9 tensorflow保存网络参数 使用训练好的网络参数进行数据的预测
http://blog.csdn.net/lxg0807/article/details/70143061
http://blog.csdn.net/qq_32166627/article/details/66529628

10.TensorFlow实战——使用LSTM预测彩票
http://blog.csdn.net/chengcheng1394/article/details/78756522

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转载自blog.csdn.net/qq_26645205/article/details/79448546
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