①softmax回归MNIST手写数字识别

Posted 2023-02-17 lc__________

Softmax在机器学习中有着非常广泛的应用，他计算简单而且效果显著。

假设有两个数a和b，且a>b > c 如果取max，结果是a 如果取softmax，则softmax(a) > softmax(b) > softmax(c)，softmax把所有的选项都给出概率。 MNIST手写数字识别是一个使用softmax回归（softmax regression）模型的经典案例。softmax模型可以用来给不同的对象分配概率。即使在之后，我们训练更加精细的模型时，最后一步也需要用softmax来分配概率。 下面我们用tensorflow来实现他

import tensorflow as tf

#获取MNIST数据集
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
mnist = input_data.read_data_sets("F:/MNIST/data/", one_hot=True)
#使用更加方便的InteractiveSession类。
# 通过它可以更加灵活地构建代码。它能让你在运行图的时候，插入一些计算图。
# 如果你没有使用InteractiveSession，那么你需要在启动session之前构建整个计算图，然后启动该计算图。
sess = tf.InteractiveSession()

#x和y并不是特定的值，只是一个占位符，可以在TensorFlow运行某一计算时根据该占位符输入具体的值。
x = tf.placeholder("float", shape=[None, 784])
y_ = tf.placeholder("float", shape=[None, 10])
#一个变量表示TensorFlow计算图中的一个值，能够在计算过程中使用、修改。在机器学习的应用过程中模型参数一般用Variable来表示。
W = tf.Variable(tf.zeros([784, 10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))
#计算每个分类的softmax概率值
y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W) + b)
#损失函数是目标类别和预测类别之间的交叉熵。
#tf.reduce_sum把minibatch里的每张图片的交叉熵值都加起来了。我们计算的交叉熵是指整个minibatch的。
cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))

# 首先，开始初始化所有的变量
init = tf.global_variables_initializer()
sess.run(init)
#最速下降法让交叉熵下降，步长为0.01.
train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)
for i in range(2000):
  batch = mnist.train.next_batch(50)
  #在计算图中可以用feed_dict来替代任何张量，并不仅限于替换占位符
  train_step.run(feed_dict=x: batch[0], y_: batch[1])
#tf.argmax 能给出某个tensor对象在某一维上的其数据最大值所在的索引值。
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y,1), tf.argmax(y_,1))
#将布尔值转换为浮点数来代表对、错，然后取平均值。
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, "float"))
print(accuracy.eval(feed_dict=x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels))

最终训练出来的结果大概在0.92左右。 下面是一些tensorflow官方文档中对以上代码的解释：

①tensorflow依赖于一个高效的C++后端来进行计算。与后端的连接叫做session。这里我们使用更加方便的InteractiveSession类。通过它我们可以更加方便的构建代码。他能让我们在运行图的时候插入一些计算图。 如果没有使用InteractiveSession，那么则需要在启动Session之前构建整个计算图，然后再启动他。

import tensorflow as tf
sess = tf.InteractiveSession()

②我们把向量化后的图片x和权重矩阵W相乘，再加上偏置量b，然后计算每个分类的softmax概率值

y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x,W) + b)