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  • 吴裕雄 PYTHON 神经网络——TENSORFLOW 无监督学习处理MNIST手写数字数据集

    # 导入模块
    import numpy as np
    import tensorflow as tf
    import matplotlib.pyplot as plt
    
    # 加载数据
    from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
    
    mnist = input_data.read_data_sets("E:\MNIST_data\", one_hot=True)
    
    #模型训练
    # 设置超参数
    learning_rate = 0.01 # 学习率
    training_epochs = 20 # 训练轮数
    batch_size = 256 # 每次训练的数据
    display_step = 1 # 每隔多少轮显示一次训练结果
    examples_to_show = 10 # 提示从测试集中选择10张图片取验证自动编码器的结果
    
    
    # 网络参数
    n_hidden_1 = 256 # 第一个隐藏层神经元个数(特征值格式)
    n_hidden_2 = 128 # 第二个隐藏层神经元格式
    n_input = 784 # 输入数据的特征个数  28*28=784
    
    # 定义输入数据,无监督不需要标注数据,所以只有输入图片
    X = tf.placeholder("float", [None, n_input])
    
    #初始化每一层的权重和偏置
    weights = {
        'encoder_h1': tf.Variable(tf.random_normal([n_input, n_hidden_1])),
        'encoder_h2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1, n_hidden_2])),
        'decoder_h1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2, n_hidden_1])),
        'decoder_h2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1, n_input])),
    }
    biases = {
        'encoder_b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])),
        'encoder_b2': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2])),
        'decoder_b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])),
        'decoder_b2': tf.Variable(tf.random_normal([n_input])),
    }
    
    #定义自动编码模型的网络结构,包括压缩和解压的过程
    
    # 定义压缩函数
    def encoder(x):
        # Encoder Hidden layer with sigmoid activation #1
        layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['encoder_h1']),biases['encoder_b1']))
        # Decoder Hidden layer with sigmoid activation #2
        layer_2 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_1, weights['encoder_h2']),biases['encoder_b2']))
        return layer_2
    
    
    # 定义解压函数
    def decoder(x):
        # Encoder Hidden layer with sigmoid activation #1
        layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['decoder_h1']),biases['decoder_b1']))
        # Decoder Hidden layer with sigmoid activation #2
        layer_2 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(layer_1, weights['decoder_h2']),biases['decoder_b2']))
        return layer_2
    
    # 建立模型
    encoder_op = encoder(X)
    decoder_op = decoder(encoder_op)
    
    # 得出预测分类值
    y_pred = decoder_op
    # 得出真实值,即输入值
    y_true = X
    
    # 定义损失函数和优化器
    cost = tf.reduce_mean(tf.pow(y_true - y_pred, 2))
    optimizer = tf.train.RMSPropOptimizer(learning_rate).minimize(cost)
    
    # 初始化变量
    init = tf.global_variables_initializer()
    
    # 3 训练数据及评估模型
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init)
        total_batch = int(mnist.train.num_examples/batch_size)
        # 开始训练
        for epoch in range(training_epochs):
            # Loop over all batches
            for i in range(total_batch):
                batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
                # Run optimization op (backprop) and cost op (to get loss value)
                _, c = sess.run([optimizer, cost], feed_dict={X: batch_xs})
            # 每一轮,打印一次损失值
            if epoch % display_step == 0:
                print("Epoch:", '%04d' % (epoch+1),"cost=", "{:.9f}".format(c))
        print("Optimization Finished!")
    
        # 对测试集应用训练好的自动编码网络
        encode_decode = sess.run(
            y_pred, feed_dict={X: mnist.test.images[:examples_to_show]})
        # 比较测试集原始图片和自动编码网络的重建结果
        f, a = plt.subplots(2, 10, figsize=(10, 2))
        for i in range(examples_to_show):
            a[0][i].imshow(np.reshape(mnist.test.images[i], (28, 28)))
            a[1][i].imshow(np.reshape(encode_decode[i], (28, 28)))
        f.show()
        plt.draw()
        #plt.waitforbuttonpress()

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