【TensorFlow实战】3.MNIST数字识别(1)

  目前用的时TensorFlow1.8版本,python3.5,跑书上的例子会出问题,并且书上的代码存在一处错误,下面的代码时我亲测可用的。

import tensorflow as tf
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

#MNIST数据集相关的常数
INPUT_NODE = 784	#输入层节点数,对于MNIST数据集这个值就等于图片的像素数
OUTPUT_NODE = 10	#输出层的节点数,等于类别数。在MNIST数据集中需要分类的是0~9这10个数字,所以
			#输出层的节点数为10
#配置神经网络的参数
LAYER1_NODE = 500	#隐藏层节点数。这里使用只有一个隐藏层的网络结构作为样例。隐藏层有500个节点
BATCH_SIZE = 100	#一个训练batch中的训练数据个数。数字越小,训练过程越接近随机梯度下降;数字越大
			#训练越接近梯度下降
LEARNING_RATE_BASE = 0.8	#基础的学习率
LEARNING_RATE_DECAY = 0.99	#学习率的衰减
REGULARIZATION_RATE = 0.0001	#描述模型复杂度的正则化项在损失函数中的系数
TRAINING_STEPS = 3000		#训练轮数
MOVING_AVERAGE_DECAY = 0.99	#滑动平均衰减率

#定义一个辅助函数,给定神经网络的输入和所有参数,计算神经网络的前向传播结果。在这里定义了一个使用
#ReLU激活函数的三层全连接神经网络。通过加入隐藏层实现了多层网络结构,通过ReLU激活函数实现了去线性化。
#在这个函数中也支持传入用于计算参数平均值的类,方便在测试时使用滑动平均模型。
def inference(input_tensor, avg_class, weights1, biases1,weights2, biases2):
	#当没有提供滑动平均类时,直接使用参数当前取值
	if avg_class == None:
		#计算隐藏层的前向传播结果,这里使用了ReLU激活函数
		layer1 = tf.nn.relu(tf.matmul(input_tensor, weights1) + biases1)
		
		#计算输出层的前向传播结果。因为在计算损失函数时会一并计算softmax函数,
		#所以这里不需要加入激活函数。并且不加入softmax不会影响预测结果。
		#因为预测时使用的是不同类别对应节点输出值的相对大小,有没有softmax层对最后的分类
		#结果的计算没有影响。于是在计算整个神经网络的前向传播时可以不加入最后的softmax层。
		return tf.matmul(layer1, weights2) + biases2
	else:
		#首先使用avg_class.average函数来计算得出变量的滑动平均值
		#然后计算相应的神经网络前向传播结果
		layer1 = tf.nn.relu(tf.matmul(input_tensor, avg_class.average(weights1))+avg_class.average(biases1))
		return tf.matmul(layer1, avg_class.average(weights2)) + avg_class.average(biases2)
#训练模型的过程
def train(mnist):
	x = tf.placeholder(tf.float32, [None, INPUT_NODE], name='x-input')
	y_ = tf.placeholder(tf.float32, [None, OUTPUT_NODE], name='y-input')
	#生成隐藏层参数
	weights1 = tf.Variable(tf.truncated_normal([INPUT_NODE, LAYER1_NODE], stddev=0.1))
	biases1 = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[LAYER1_NODE]))
	#生成输出层参数
	weights2 = tf.Variable(tf.truncated_normal([LAYER1_NODE, OUTPUT_NODE], stddev=0.1))
	biases2 = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[OUTPUT_NODE]))
	
	#计算在当前参数下神经网络前向传播结构,这里给出的用于计算滑动平均的类为None,所以函数不是使用
	#参数的滑动平均值
	y = inference(x, None, weights1, biases1, weights2, biases2)
	
	#定义存储训练轮数的变量,这个变量不需要计算滑动平均值,所以这里指定这个变量为不可训练的
	#变量(trainbale = False)。在使用TensorFlow训练神经网络时,
	#一般会将代表训练轮数的变量指定为不可训练的参数
	global_step = tf.Variable(0, trainable=False)

	#给定滑动平均衰减率和训练轮数的变量,初始化滑动平均类。给定训练轮数的变量可以加快训练早期
	#变量的更新速度
	variable_averages = tf.train.ExponentialMovingAverage(MOVING_AVERAGE_DECAY, global_step)

	#在所有代表神经网络参数的变量上使用滑动平均,其他辅助如global_step就不需要了
	#tf.trainable_variables返回的就是图上的集合GraphKeys.TRAINABLE_VARIABLES中的元素。
	#这个集合的元素就是所有没有指定trainable=False的参数
	variables_averages_op = variable_averages.apply(tf.trainable_variables())
	#计算使用了滑动平均之后的前向传播结果。滑动平均不会改变变量本身的取值,而是会维护一个影子变量
	#来记录滑动平均值。所以要使用这个滑动平均值时,需要明确调用average函数
	average_y = inference(x, variable_averages, weights1, biases1, weights2, biases2)

	#计算交叉熵作为刻画预测值和真实值之间损差距的损失函数。这里使用了TensorFLow中提供的
	#sparse_softmax_cross_entropy_with_logits函数来计算交叉熵。当分类问题只有一个正确答案时,可以
	#使用这个函数来计算交叉熵损失。这个函数的第一个参数是神经网络不包括softmax层的前向传播结果,第二
	#个是训练数据的正确答案。因为标准答案shingle长度为10的一维数组,而该函数需要提供的是一个正确答案
	#的数字,所以需要使用tf.argmax函数来得到正确答案对应的类别编号。
	cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y,labels=tf.argmax(y_,1))#(y, tf.argmax(y_, 1))
	#计算在当前batch中所有样例的交叉熵平均值
	cross_entropy_mean = tf.reduce_mean(cross_entropy)
	
	#计算L2正则化损失函数
	regularizer = tf.contrib.layers.l2_regularizer(REGULARIZATION_RATE)
	#计算模型的正则化损失。一般只计算神经网络边上权重的正则化损失,而不使用偏置项
	regularization = regularizer(weights1) + regularizer(weights2)
	#总损失等于交叉熵损失和正则化损失的和
	loss = cross_entropy_mean + regularization
	#设置衰减的学习率
	learning_rate = tf.train.exponential_decay(LEARNING_RATE_BASE, global_step, mnist.train.num_examples/BATCH_SIZE, LEARNING_RATE_DECAY)
	
	#使用tf.train.GradientDescentOptimizer优化算法来优化损失函数。注意这里损失函数包含了交叉熵损失和L2正则
	#则化损失
	train_step=tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss, global_step=global_step)

	#在训练神经网络模型时,每过一遍数据既需要通过反向传播来更新神经网络中的参数,
	#又要更新每一个参数的滑动平均值。为了一次完成多个操作,TensorFlow提供了
	#tf.control_dependencies和tf.group两种机制。下面两行程序和
	#train_op = tf.group(train_step, variables_averages_op)是等价的
	with tf.control_dependencies([train_step, variables_averages_op]):
		train_op = tf.no_op(name='train')

	#检验使用了滑动平均模型的神经网络前向传播结果是否正确。tf.argmax(averages_y,1)计算每一个样例的预测答
	#案。其中average_y是一个batch_size*10的二维数组,每一行表示一个样例的前向传播结果。tf.argmax的第二个
	#参数“1”表示选取最大值的操作仅在第一个维度中进行,也就是说,只在每一行选取最大值对应的下标。于是得到的
	#结果是一个长度为batch的一维数组,这个一维数组中的值就表示了每一个样例对应的数字识别结果。
	#tf.equal判断两个张量的每一维是否相等,如果相等返回true,否则返回false
	correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(average_y, 1), tf.argmax(y_,1))
	#这个运算首先将一个布尔型的数值转化为实数型,然后计算平均值。这个平均值就是模型在这一组数据上的正确率
	accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

	#初始化会话并开始训练过程
	with tf.Session() as sess:
		tf.initialize_all_variables().run()
		#准备验证数据。一般在神经网络的训练过程中会通过验证数据来大致判断停止的条件和评判训练的效果
		validate_feed = {x: mnist.validation.images,y_: mnist.validation.labels}
		#准备测试数据。在真实的应用中,这部分数据在训练时时不可见的,这个数据只是作为模型优劣的的最后
		#评价标准
		test_feed = {x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels}
	
		#迭代地训练神经网络
		for i in range(TRAINING_STEPS):
			#每1000论输出一次在验证数据集上的测试结果
			if i % 1000 == 0:
			#计算滑动平均模型在验证数据上的效果。因为MNIST数据集比较小,所以一次可以处理所有的验证数据
			#为了计算方便,本样例程序没有将验证数据划分为更小的batch。当神经网络模型比较复杂或者验证数据
			#比较大时,太大的batch会导致计算时间过长甚至发生内存溢出的错误。
				validate_acc = sess.run(accuracy, feed_dict=validate_feed)
				print("After %d training step(s), validation accuracy"
					"using average model is %g " % (i, validate_acc))
			#产生这一轮使用的一个batch的训练数据,并运行训练过程
			xs, ys = mnist.train.next_batch(BATCH_SIZE)
			sess.run(train_op, feed_dict={x: xs, y_: ys})
		#在训练结束之后,在测试数据集上检测神经网络模型的最终正确率
		test_acc = sess.run(accuracy, feed_dict=test_feed)
		print("After %d training step(s), test accuracy using average" "model is %g"%(TRAINING_STEPS,
		test_acc))
#主程序入口
def main(argv=None):
	#声明处理MNIST数据集的类,这个类在初始化时会自动下载数据
	mnist = input_data.read_data_sets("/tmp/data",one_hot=True)
	train(mnist)
#TensorFlow提供一个主程序入口,tf.app.run会调用上面定义的main函数
if __name__=='__main__':
	tf.app.run()

跑这段代码会出现几个问题:

urllib.error.URLError: <urlopen error [Errno 101] Network is unreachable>

这是在下载数据集的时候因为网络问题(可能被墙了)下载不下来。这时候需要自己去下载数据集。

http://yann.lecun.com/exdb/mnist/

下载下面几个数据集:

train-images-idx3-ubyte.gz:  training set images (9912422 bytes)
train-labels-idx1-ubyte.gz:  training set labels (28881 bytes)
t10k-images-idx3-ubyte.gz:   test set images (1648877 bytes)
t10k-labels-idx1-ubyte.gz:   test set labels (4542 bytes)

放到/tmp/data路径下。这样就可以了

另外一个问题:

ValueError: Only call `sparse_softmax_cross_entropy_with_logits` with named arguments (labels=..., logits=..., ...)

这是TensorFlow版本更新后函数接口的用法改变了,书上的代码是旧版本的用法,我已经改好了

书上代码:

cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(y, tf.argmax(y_, 1))

更改后:

cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y,labels=tf.argmax(y_,1))

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/poulang5786/article/details/81089651