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  • tensorflow笔记:流程,概念和简单代码注释

    tensorflow是google在2015年开源的深度学习框架,可以很方便的检验算法效果。这两天看了看官方的tutorial,极客学院的文档,以及综合tensorflow的源码,把自己的心得整理了一下,作为自己的备忘录。

    tensorflow笔记系列: 
    (一) tensorflow笔记:流程,概念和简单代码注释 
    (二) tensorflow笔记:多层CNN代码分析 
    (三) tensorflow笔记:多层LSTM代码分析 
    (四) tensorflow笔记:常用函数说明 
    (五) tensorflow笔记:模型的保存与训练过程可视化 
    (六)tensorflow笔记:使用tf来实现word2vec


    1.tensorflow的运行流程

    tensorflow的运行流程主要有2步,分别是构造模型训练

    在构造模型阶段,我们需要构建一个图(Graph)来描述我们的模型。所谓图,也可以理解为流程图,就是将数据的输入->中间处理->输出的过程表示出来,就像下面这样。 

    20160601101108139.png-26.2kB

    注意此时是不会发生实际运算的。而在模型构建完毕以后,会进入训练步骤。此时才会有实际的数据输入,梯度计算等操作。那么,如何构建抽象的模型呢?这里就要提到tensorflow中的几个概念:Tensor,Variable,placeholder,而在训练阶段,则需要介绍Session。下面先解释一些上面的几个概念

    1.1概念描述


    1.1.1 Tensor

    Tensor的意思是张量,不过按我的理解,其实就是指矩阵。也可以理解为tensorflow中矩阵的表示形式。Tensor的生成方式有很多种,最简单的就如

    import tensorflow as tf # 在下面所有代码中,都去掉了这一行,默认已经导入
    a = tf.zeros(shape=[1,2])

    不过要注意,因为在训练开始前,所有的数据都是抽象的概念,也就是说,此时a只是表示这应该是个1*5的零矩阵,而没有实际赋值,也没有分配空间,所以如果此时print,就会出现如下情况:

    print(a)
    #===>Tensor("zeros:0", shape=(1, 2), dtype=float32)

    只有在训练过程开始后,才能获得a的实际值

    sess = tf.InteractiveSession()
    print(sess.run(a))
    #===>[[ 0.  0.]]

    这边设计到Session概念,后面会提到


    1.1.2 Variable

    故名思议,是变量的意思。一般用来表示图中的各计算参数,包括矩阵,向量等。例如,我要表示上图中的模型,那表达式就是 

    y=Relu(Wx+b)


    (relu是一种激活函数,具体可见这里)这里Wb是我要用来训练的参数,那么此时这两个值就可以用Variable来表示。Variable的初始函数有很多其他选项,这里先不提,只输入一个Tensor也是可以的

    W = tf.Variable(tf.zeros(shape=[1,2]))

    注意,此时W一样是一个抽象的概念,而且与Tensor不同,Variable必须初始化以后才有具体的值

    tensor = tf.zeros(shape=[1,2])
    variable = tf.Variable(tensor)
    sess = tf.InteractiveSession()
    # print(sess.run(variable))  # 会报错
    sess.run(tf.initialize_all_variables()) # 对variable进行初始化
    print(sess.run(variable))
    #===>[[ 0.  0.]]

    1.1.3 placeholder

    又叫占位符,同样是一个抽象的概念。用于表示输入输出数据的格式。告诉系统:这里有一个值/向量/矩阵,现在我没法给你具体数值,不过我正式运行的时候会补上的!例如上式中的x和y。因为没有具体数值,所以只要指定尺寸即可

    x = tf.placeholder(tf.float32,[1, 5],name='input')
    y = tf.placeholder(tf.float32,[None, 5],name='input')
    • 1
    • 2
    • 1
    • 2

    上面有两种形式,第一种x,表示输入是一个[1,5]的横向量。 
    而第二种形式,表示输入是一个[?,5]的矩阵。那么什么情况下会这么用呢?就是需要输入一批[1,5]的数据的时候。比如我有一批共10个数据,那我可以表示成[10,5]的矩阵。如果是一批5个,那就是[5,5]的矩阵。tensorflow会自动进行批处理


    1.1.4 Session

    session,也就是会话。我的理解是,session是抽象模型的实现者。为什么之前的代码多处要用到session?因为模型是抽象的嘛,只有实现了模型以后,才能够得到具体的值。同样,具体的参数训练,预测,甚至变量的实际值查询,都要用到session,看后面就知道了


    1.2 模型构建

    这里我们使用官方tutorial中的mnist数据集的分类代码,公式可以写作 

    z=Wx+ba=softmax(z)


    那么该模型的代码描述为

    # 建立抽象模型
    x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784]) # 输入占位符
    y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])  # 输出占位符(预期输出)
    W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))        
    b = tf.Variable(tf.zeros([10]))
    a = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, W) + b)      # a表示模型的实际输出
    
    # 定义损失函数和训练方法
    cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y * tf.log(a), reduction_indices=[1])) # 损失函数为交叉熵
    optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5) # 梯度下降法,学习速率为0.5
    train = optimizer.minimize(cross_entropy)  # 训练目标:最小化损失函数

    可以看到这样以来,模型中的所有元素(图结构,损失函数,下降方法和训练目标)都已经包括在train里面。我们可以把train叫做训练模型。那么我们还需要测试模型

    correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(a, 1), tf.argmax(y, 1))
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

    上述两行代码,tf.argmax表示找到最大值的位置(也就是预测的分类和实际的分类),然后看看他们是否一致,是就返回true,不是就返回false,这样得到一个boolean数组。tf.cast将boolean数组转成int数组,最后求平均值,得到分类的准确率(怎么样,是不是很巧妙)


    1.3 实际训练

    有了训练模型和测试模型以后,我们就可以开始进行实际的训练了

    sess = tf.InteractiveSession()      # 建立交互式会话
    tf.initialize_all_variables().run() # 所有变量初始化
    for i in range(1000):
        batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100)    # 获得一批100个数据
        train.run({x: batch_xs, y: batch_ys})   # 给训练模型提供输入和输出
    print(sess.run(accuracy,feed_dict={x:mnist.test.images,y:mnist.test.labels}))

    可以看到,在模型搭建完以后,我们只要为模型提供输入和输出,模型就能够自己进行训练和测试了。中间的求导,求梯度,反向传播等等繁杂的事情,tensorflow都会帮你自动完成。


    2. 实际代码

    实际操作中,还包括了获取数据的代码

    """A very simple MNIST classifier.
    See extensive documentation at
    http://tensorflow.org/tutorials/mnist/beginners/index.md
    """
    from __future__ import absolute_import
    from __future__ import division
    from __future__ import print_function
    
    # Import data
    from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
    
    import tensorflow as tf
    
    flags = tf.app.flags
    FLAGS = flags.FLAGS
    flags.DEFINE_string('data_dir', '/tmp/data/', 'Directory for storing data') # 把数据放在/tmp/data文件夹中
    
    mnist = input_data.read_data_sets(FLAGS.data_dir, one_hot=True)   # 读取数据集
    
    
    # 建立抽象模型
    x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784]) # 占位符
    y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])
    W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))
    b = tf.Variable(tf.zeros([10]))
    a = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, W) + b)
    
    # 定义损失函数和训练方法
    cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(y * tf.log(a), reduction_indices=[1]))  # 损失函数为交叉熵
    optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5) # 梯度下降法,学习速率为0.5
    train = optimizer.minimize(cross_entropy) # 训练目标:最小化损失函数
    
    # Test trained model
    correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(a, 1), tf.argmax(y, 1))
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))
    
    # Train
    sess = tf.InteractiveSession()      # 建立交互式会话
    tf.initialize_all_variables().run()
    for i in range(1000):
        batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
        train.run({x: batch_xs, y: batch_ys})
    print(sess.run(accuracy,feed_dict={x:mnist.test.images,y:mnist.test.labels}))

    得到的分类准确率在91%左右

    转载来自:http://blog.csdn.net/u014595019/article/details/52677412

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