4. TensorFlow环境构建卷积神经网络
4.1深度学习网络结构
（1）本项目构建的网络层数共6层
（2）第1层第一次卷积核的大小是5*5，深度是32
（3）第2层第一次池化核大小是2*2，移动的步长也是2
（4）第3层第二次卷积核的大小是5*5，深度是64
（5）第4层第二次池化核大小是2*2，移动的步长也是2
（6）第5层第一次全连接输入200行，列是16*16*64的矩阵，输出是512个参数
（7）第6层第二次全连接层，输入是上一层的输出结果经过dropout后的结果，输出77个参数
4.2 卷积、池化及参数定义
（1）导入python的tensorflow包，并且定义输入节点数为一张图片的面积大小64*64，输出的节点有77个，图片的宽高是64，通道是1，类别个数是77。定义第一层卷积层的尺寸大小是5*5，深度是32，第二层的尺寸大小也是5*5，并且深度是64，最后定义第一层全连接层的输出数是512.
（2）第一层卷积层定义卷积核的大小是5*5，通道是1，深度是32，并且将权重命名为weight，接着定义偏置，深度是32，命名是bias。通过tf.nn.conv2d函数进行池化，第一个参数是input_tensor，是训练集的一部分（每块大小我设置为每次200行），第二个参数conv1_weights，是上面定义的权值。第三个参数是步长strides，它是思维的，第1维和第4维的数必须是1，这是因为卷积层的步长只对矩阵的长和宽有效，中间两个1，表示卷积后不会改变图片的维度，padding的值设置为SAME表示添加全0补充。使用tf.nn.bias_add函数来加入偏置。最后使用tf.nn.relu这个函数作为卷积的激活函数。
（3）第二层池化层，把上面卷积的结果作为输入，核的大小是2*2，移动的步长是2.
（4）第三层是第二次卷积。卷积核的大小是5*5，通道是1，深度是64，并且将权重命名为weight，接着定义偏置，深度是64，命名是bias。通过tf.nn.conv2d函数进行池化，第一个参数是input_tensor，是训练集的一部分（每块大小我设置为每次200行），第二个参数conv1_weights，是上面定义的权值。第三个参数是步长strides，它是思维的，第1维和第4维的数必须是1，这是因为卷积层的步长只对矩阵的长和宽有效，中间两个1，表示卷积后不会改变图片的维度，padding的值设置为SAME表示添加全0补充。使用tf.nn.bias_add函数来加入偏置。最后使用tf.nn.relu这个函数作为卷积的激活函数。
（5）第四层池化层，把上面卷积的结果作为输入，核的大小是2*2，移动的步长是2.
（6）对上面的池化结果，也就是最后一次卷积池化的结果pool2进行扁平化变型。首先获取pool2的维度。接着计算卷积池化后图片的体积大小，也就是节点数或是卷积池化后图片的特征数。最后再把它进行变型。
（7）第五层第一次全连接层，首先定义生成全连接层的权值，行数是前面变型结果的列数，权值列数是512.如果正则不为空，则使用tf.add_to_collection('losses',regularizer(fc1_weights))对权值进行正则化处理。接着生成偏置，接下来使用tf.matmul计算上面池化变型结果与权值的乘积再加上偏置。再把这个加上偏置，最后使用tf.nn.relu激活函数进行预测，如果是train的话，那么就调用tf.nn.dropout函数进行去掉部分数据，也是为了防止算法过拟合，设置的概率是0.5.
（8）第六层第一次全连接层，把上一层的输出当成是这一层的输入，首先定义生成全连接层的权值，行数是前面变型结果的列数，权值列数是77.如果正则不为空，则使用tf.add_to_collection('losses',regularizer(fc1_weights))对权值进行正则化处理。接着生成偏置，接下来使用tf.matmul计算上面池化变型结果与权值的乘积再加上偏置。再把这个加上偏置，最后使用tf.nn.relu激活函数进行预测，最后把这个预测结果返回。
4.3 训练过程及结果
（1）导入需要用到的python包
（2）将训练数据集进行变成四维的。把标签变成二维的，之后再改变成one hot编码。
（3）定义运行所需参数，batch_size表示每次取200行数据进行卷积和池化。n_classes表示输出的类别数目。epochs表示把所有的数据重复循环执行的次数，learning_rate表示学习率。batch_num表示训练数据集分多少次执行完。dropout表示去掉一些数据，概率是0.75.
（4）定义每次用于训练的x，提取与x对应的标签y。
（5）调用上面定义的inference方法，把训练数据x传给函数，并且得到预测的结果pred。最小化误差，并且对最小化求均值。接着使用AdamOptimizer进行优化。接着使用tf.equal函数求预测的值和真实值的对比情况。根据前面的计算结果再求训练的准确率accuracy。对tensorflow的变量进行实例化对象。定义训练开始时间计时。
（6）取得tf.Session()的会话，别名是sess，run上面变量实例化对象init，第一个外循环是将所有的训练数据执行多少遍，这里设置是20遍。里面for循环是多少次将一次全部的训练数据执行完。这里设置是上面的batch_num=int(np.shape(X)[0]/batch_size)次。这个训练里面start是开始取训练数据的下标，end是结束下标，每次取的条数是batch_size，也就是上面设置的200。接下来就是将start:end这段数据通过字典赋给变量x,y。然后也更新最小化数值和准确率。并且打印每次的损失，和准确率。
部分输出：
（7）最后打印一共执行的时间。
4.4 参数调整及优化
1、改变神经网络的搭建方式（增加卷积、池化、全连接的层数）
怀疑第一次执行结果的准确率低的原因是由于欠拟合造成的，所以上面的代码把神经网络的卷积层加到了4层，池化层也加到了4层，最后的全连接层加到了3层，比第一次共多处了5层，下面是运行结果：
可以看到结果还是很不理想。所以不是由于欠拟合造成的。
1、接着我在第一次代码的基础上，再次完善，把数据集由原来的学习率改成：1e-4也就是约等于0.0001，并且改变神经网络的搭建方式：
再次改变神经网络搭建方式后，卷积层2层，池化层2层。全连接层也是2层，使用字典的形式来取得神经网络各个层次的权值、偏置以及图片处理过程的深度等参数。运行的结果如下：
苦苦等了代码跑了4次，结果还是不行……但也说明问题不在我搭建的神经网络上，换了一种方式和学习率，结果还是低准确率。
1、接下来耐下心静下来，再次重新搭建自己的神经网络，各个神经网络的层次还是和上一次的一样，搭建的方式却不再是通过字典和方法来获取相关的参数了，由于这次是痛定思痛搭建神经网络层，几乎没句代码也都加上了注释说明，所以参数就不再另外使用文字描述了。代码如下：
运行的结果如下：
等待了8个多小时，执行到了15次，还有5次代码就结束运行了，但感觉准确率提高的希望很渺茫，就又强制暂停执行了。