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标题: CNN - tensorflow [打印本页]
作者: guojiasheng    时间: 2016-7-24 17:11
标题: CNN - tensorflow
本帖最后由 guojiasheng 于 2016-7-24 17:13 编辑

        老早以前，大师兄指导过cnn，基于cuda的，无奈，那时候实在看不懂。如今还是看不懂cuda的那些东西。只能退而求其次依赖于那些牛逼的开源框架了。
        这边贴一份自己参考写的CNN以及相应的注解，在我自己电脑上能运行，准确率97%左右。
        你只需要安装 python，numpy，tensorflow，然后copy我的代码运行即可，数据什么都会自己下载。
        tensorflow很好装，用pip安装即可。
        可以参照http://wiki.jikexueyuan.com/proj ... arted/os_setup.html安装。
      1.数据集：mnist的，其实就是对数字进行分类。
        input：就是图像数据集
        labels：数字从0到9.  输出格式就是one-hot，一个10维度的向量，比如1就是[0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0].相应位置为1，其它位置为0.
      2.语言python
      3.框架 tensorflow.  caffe安装老是不成功，tensorflow安装方便。
         这边没用到gpu，就自己普通电脑，也挺快的。
      我就稍微说一下CNN的大致思想流程，有错的请纠正~
      1.CNN是一种带有卷积结构的深度神经网络，包括：
          
      过程就是：
      图像->卷积convention变换->pooling池化变换->卷积convention变换->pooling池化变换->fullConnection->output
     
     2.我以前一直不明白卷积是个什么意思，google了很久：

        卷积就是用一个卷积函数去过滤输入的图像，这个过程会把和卷积函数相似的那些数据提取出来，变成相应的特征，我们可以用多个卷积函数去卷积，那么就可以提取出多个图像，比如我代码里面就从原始的1张图片，变成32，再变成64...图像特征出来。相当于把原始的一张图片，变高，从1个张变成32张，每一张都是有卷积卷积出来的。 生成的32张可能分别包括了图像的直线，角，纹理等一些什么特征。深度学习自己提取特征，不用我们手工来构造这些特征，像这种图像，我们也不一定构造的特征就有用。

    3.池化过程，就是下采样。

       每邻域四个像素求和变为一个像素，然后通过标量Wx+1加权，再增加偏置bx+1，然后通过一个激活函数，产生一个大概缩小n倍的特征映射图，降温，具体为什么网上解析的比较清晰，我这边也说不清楚，就大致的知道，羞愧啊！
     （1）图像有种“静态性”的属性
     （2） 降低维度

    4.权值共享

     CNN为了减少训练参数，就是有个共享weight的概念，看代码其实就知道，再卷积的那个过程，其实卷积函数和不同位置的图像的w是一样的，比如窗口是5*5，有6个卷积核，就是有6*（5*5+1）个训练参数。

   5.最后面的步骤就是和我们传统介绍的ANN一样，神经元都是全连接的。

   6.至于CNN是如何训练的，还是用bp来的，具体的大家自己上网查，我是没怎么看懂就是了，呵呵呵~

   
  1. #!/usr/bin/env python
  2. # -*- coding: utf-8 -*-
  3. # @Date    : 2016-07-24 12:52:36
  4. # @Author  : guojiasheng (wangjs_123456@126.com)
  5. # @Link    : ${link}
  6. # @Version : $Id$

  8. import tensorflow as tf    # 引入tensorflow库
  9. from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data  # 引入tensorflow中的自带的一个读取mnist文件

  11. mnist = input_data.read_data_sets('MNIST_data', one_hot=True)

  13. #计算每次迭代训练模型的准确率,在训练时，
  14. #增了额外的参数keep_prob在feed_dict中，以控制dropout的几率；
  15. #最后一步用到了dropout函数将模型数值随机地置零。如果keep_prob=1则忽略这步操作
  16. #tf.argvmax:Returns the index with the largest value across dimensions of a tensor.


  19. def compute_accuracy(v_xs,v_ys):
  20.         global prediction
  21.         y_pre = sess.run(prediction,feed_dict={xs:v_xs,keep_prob:1})
  22.         correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y_pre,1),tf.argmax(v_ys,1))
  23.         accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction,tf.float32))
  24.         result = sess.run(accuracy,feed_dict={xs:v_xs,ys:v_ys,keep_prob:1})  
  25.         return result

  27. #返回指定shape的weight变量，这边truncated_normal表示正态分布

  29. def weight_variable(shape):
  30.         initial = tf.truncated_normal(shape,stddev=0.1)
  31.         return tf.Variable(initial)

  33. #返回指定shape的bias，这边默认为0.1，constant 表示长量

  35. def bias_variable(shape):
  36.         initial = tf.constant(0.1,shape=shape)
  37.         return tf.Variable(initial)

  39. #使用tensorflow的库，卷积操作，x是输入数据，W是权重
  40. #Given an input tensor of shape [batch, in_height, in_width, in_channels] and a filter / kernel tensor of shape [filter_height, filter_width, in_channels, out_channels],
  41. #strides 表示那个卷积核移动的步数，这边是1，并且采用smae，最后卷积的大小和输入的图像大小是一致的。

  43. def conv2d(x,W):
  44.         return tf.nn.conv2d(x,W,strides=[1,1,1,1],padding='SAME')

  46. #经过conv2d后，我们对过滤的图像进行一个pooling操作
  47. #输入的x ： [batch, height, width, channels]
  48. #ksize就是pool的大小 这边是2*2
  49. #strides 表示pool移动的步数，这边是2，所以每次会缩小2倍

  51. def max_pool_2x2(x):
  52.         return tf.nn.max_pool(x,ksize=[1,2,2,1],strides=[1,2,2,1],padding='SAME')


  55. #输入的784维度的数据，lable是10维度。None这边表示训练数据的大小，可以先填none。
  56. #placeholder 表示这个变量没有值，需要传入  feed_dic

  58. xs = tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
  59. ys = tf.placeholder(tf.float32,[None,10])
  60. keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

  62. #把输入的数据转化为28*28*1的格式，-1表示数据的大小，可以填写为-1，最后一个1是rgb通道数目，这边默认为1
  63. #这样x_image就变成[sample,28,28,1]

  65. x_image = tf.reshape(xs,[-1,28,28,1])

  67. ## conv1 layer ##
  68. #第一层卷积，5*5的卷积核，输入为1个图像，卷积成32个28*28图像

  70. W_conv1 = weight_variable([5,5, 1,32]) # patch 5x5, in size 1, out size 32
  71. b_conv1 = bias_variable([32])
  72. #tf.nn.relu是激励函数
  73. h_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_image, W_conv1) + b_conv1) # output size 28x28x32

  75. #pooling缩小2倍，变成32个14*14的图像
  76. h_pool1 = max_pool_2x2(h_conv1)                                         # output size 14x14x32


  79. ## conv2 layer ##
  80. #第二层卷积，5*5的卷积核，输入为32个图像，卷积成64个28*28图像

  82. W_conv2 = weight_variable([5,5, 32, 64]) # patch 5x5, in size 32, out size 64
  83. b_conv2 = bias_variable([64])
  84. h_conv2 = tf.nn.relu(conv2d(h_pool1, W_conv2) + b_conv2) # output size 14x14x64

  86. #pooling缩小2倍，变成64个7*7的图像

  88. h_pool2 = max_pool_2x2(h_conv2)

  90. #接下来就是普通的神经网络过程
  91. ## func1 layer ##

  93. W_fc1 = weight_variable([7*7*64, 1024])
  94. b_fc1 = bias_variable([1024])

  96. # [n_samples, 7, 7, 64] ->> [n_samples, 7*7*64]
  97. #把多维数据变为1个维度的数据，就是数组了

  99. h_pool2_flat = tf.reshape(h_pool2, [-1, 7*7*64])
  100. h_fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool2_flat, W_fc1) + b_fc1)
  101. #避免过拟合
  102. h_fc1_drop = tf.nn.dropout(h_fc1, keep_prob)

  104. ## func2 layer ##
  105. W_fc2 = weight_variable([1024, 10])
  106. b_fc2 = bias_variable([10])
  107. #使用softmax预测（0~9）
  108. prediction = tf.nn.softmax(tf.matmul(h_fc1_drop, W_fc2) + b_fc2)



  112. #损失函数
  113. cross_entropy = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(ys * tf.log(prediction),
  114.                                               reduction_indices=[1]))       # loss
  115. #优化函数
  116. train_step = tf.train.AdamOptimizer(1e-4).minimize(cross_entropy)

  118. sess = tf.Session()
  119. # 初始化变量，一定要有
  120. sess.run(tf.initialize_all_variables())


  123. for i in range(1000):
  124.     batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
  125.     sess.run(train_step, feed_dict={xs: batch_xs, ys: batch_ys, keep_prob: 0.5})
  126.     if i % 50 == 0:
  127.         print(compute_accuracy(
  128.             mnist.test.images, mnist.test.labels))



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