修改mnist数据集从本地导入
找一下 mnist.py，在我这里就这俩，第二个就是
找东西用的软件叫：listary
把原来的 path 改为本地下载的路径
mnist数据集介绍
mnist 数据集分两部分：训练集、测试集
每集又分为：特征、标签，特征就是拿来训练和预测的数据，标签就是答案
使用 mnist.load_data() 导入数据集，可以给数据起个名字
(train_image,train_label),(test_image,test_label) = mnist.load_data()
这样，train_image 就表示训练数据，通过 print 可以看出，训练数据一共有 60000 个
可以使用 train_image[0] 来查看训练数据中的第一个，这是像素值，因为是灰度图片，所以不是 r,g,b 那样三个值，只有一个
可以编写一个函数，来查看图片
import matplotlib.pyplot as plt
def show_image(image):
plt.imshow(image,cmap='gray')#这表示是灰色的图片
plt.show()
查看数据信息
print("训练图片样式",train_image.shape)
print("训练图片标签",train_label.shape)
根据打印结果看，有 60000 张图片，每一张都是 28*28 像素的
MLP多层感知器模型
它是一种全连接的模型，上一层任何一个神经元与下一层的所有神经元都有连接
可以看一下 3Blue1Brown 的介绍
数据预处理
现在的数据没法加载到模型中，因为输入层传入的数据只能是一维的那种数组数据，所以需要对数据进行处理
首先转成一维的并且改为浮点型
train_image_matric = train_image.reshape(60000, 784).astype(float)
test_image_matric = test_image.reshape(10000, 784).astype(float)
然后标准化，去除量纲，让数据落在 0-1 之间，直接除以 255，变成都是零点几的数：
train_image_normalize = train_image_matric / 255
test_image_normalize = test_image_matric / 255
把标签改为一位有效编码（独热编码）：通过使用 N 个状态寄存器来对 N 个状态进行编码
因为我们仅仅是识别数字，直接用 10 个 0 和 1 组成的编码来判断是十种中的哪一种就可以
0：1000000000
1：0100000000
2：0010000000
......
train_label_onehotencoding = np_utils.to_categorical(train_label)
test_label_onehotencoding = np_utils.to_categorical(test_label)
建立模型
做完上面那些数据的处理就可以开始建立模型了
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
model = Sequential()
添加输入层与隐藏层之间的关系
units = 256 表示隐藏层有 256 个神经单元
input_dim=784 表示输入层有 784 个神经单元
kernel_initializer='normal' 表示采用正态分布的方式产生权重和偏差
activation='relu' 表示使用 relu 作为激活函数
model.add(Dense(units = 256, input_dim=784, kernel_initializer='normal', activation='relu'))
前两个不需要啥理解，关于权重与偏差是干啥的，看 3Blue1Brown 的那个视频大概 8:40 开始有解释，这里通过截图来简单说一下，假设我们希望某一个单元的作用是：识别是不是一个小横杠
设绿色为正，红色为负，作为权重
他俩叠加在一起，拿到每个像素的加权值，加在一起是加权和
但不是所有情况都合适，我们想要的是一个横杠，只有加权和大于一个数的时候才算，这个数叫偏差，比如是 10，那就拿加权和减去 10 看看得出来的数是不是大于 0，如果大于 0 那表示，确实是有这么一个横杠
我们采用 relu 这个激活函数，只有当大于 0 的时候才有值，对应上面的例子就是只有当 加权和 - 10 > 0 的时候才激活
添加隐藏层与输出层之间的关系
激活函数 softmax 让每个神经单元都会计算出当前样本属于本类的概率
model.add(Dense(units=10, kernel_initializer='normal', activation='softmax'))
查看当前神经网络模型，每一层神经单元的关联数：上一层神经单元个数*本层神经单元个数+本层神经单元个数：200960 = 784*256+256
配置训练模型
loss='categorical_crossentropy' 设置损失函数，预测值与真实值之间的误差称为：损失，用于计算损失的函数称为损失函数，通过损失函数来判断模型的好坏
optimizer='adam' 设置优化器
metrics=['accuracy'] 目的是提高准确度
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])
训练模型
train_history = model.fit(train_image_normalize, train_label_onehotencoding, validation_split=0.2, epochs=10, batch_size=200, verbose=2)
#train_image_normalize 训练的数据
#train_label_onehotencoding 训练的标签
#validation_split=0.2 取一定比例用来验证
#epochs=10 训练次数
#batch_size=200 每次训练取出多少数据用于训练
#verbose=2 显示训练过程
其中，val_loss 跟 val_accuracy 是验证损失和验证准确率
训练过程中训练相关的数据都记录在了 train_history 中，可以使用 train_history.history 来查看
print(train_history.history['accuracy'])#打印精确度历史
print(train_history.history['val_accuracy'])#打印验证精确度历史
print(train_history.history['loss'])#打印损失历史
print(train_history.history['val_loss'])#打印验证损失历史
借助 matplotlib 展示准确率
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']
plt.plot(train_history.history['accuracy'])
plt.plot(train_history.history['val_accuracy'])
plt.legend(['训练准确率', '验证准确率'], loc = 'upper left')
plt.title("训练历史")
plt.xlabel('训练次数')
plt.ylabel('准确率')
plt.show()
验证模型准确率
之前说过 mnist 包含了 10000 个用来测试的数据，接下来用这些数据验证模型准确率
model.evaluate 的两个参数分别是测试用的图片跟标签（经过预处理）
scores = model.evaluate(test_image_normalize, test_label_onehotencoding)
print(scores)
可以看到，我们训练后的模型准确率是 0.9775
预测图片
from PIL import Image
img = Image.open('9.bmp')#打开图片
number_data = img.getdata()#获取图片的数据
number_data_array = np.array(number_data)#把数据转换为数组
number_data_array = number_data_array.reshape(1,784).astype(float)#数组转换为一维的
number_data_normalize = number_data_array / 255 #标准化
prediction = model.predict(number_data_normalize) #带入模型进行预测
print(prediction)
np.max(prediction)
np.argmax(prediction)
可以看到可能性最大的是最后一个，即数字 9，可能性为：0.96087...
可以用 np.argmax() 查看最大可能性的那个是谁
导出模型
model.save('number_model.h5')
提高精度
增加神经单元个数、增加训练次数等
增加隐藏层，输入来自上层可以直接去掉
model.add(Dense(units = 256, kernel_initializer='normal', activation='relu'))
解决过度拟合
值得注意的是随着训练次数的增加训练准确率很高了，但是验证准确率却越来越平，上不去了
为了解决这个问题，有一个简单粗暴的方法 Dropout，每次训练都随机忽略一部分神经单元
要先：from keras.layers import Dropout
然后在每层之间添加一个：model.add(Dropout(0.5))
效果不错！
本文始发于微信公众号（陈冠男的游戏人生）：使用MLP多层感知器模型训练mnist数据集
- 左青龙
- 微信扫一扫
-
- 右白虎
- 微信扫一扫
-
评论