使用卷积神经网络CNN训练识别mnist

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了使用卷积神经网络CNN训练识别mnist相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

算的的上是自己搭建的第一个卷积神经网络。网络结构比较简单。

输入为单通道的mnist数据集。它是一张28*28,包含784个特征值的图片

我们第一层输入,使用5*5的卷积核进行卷积,输出32张特征图,然后使用2*2的池化核进行池化 输出14*14的图片

第二层 使用5*5的卷积和进行卷积,输出64张特征图,然后使用2*2的池化核进行池化 输出7*7的图片

第三层为全连接层 我们总结有 7*7*64 个输入,输出1024个节点 ,使用relu作为激活函数,增加一个keep_prob的dropout层

第四层为输出层,我们接收1024个输入,输出长度为10的one-hot向量。使用softmax作为激活函数

使用交叉熵作为损失函数

网络模型代码:

技术分享图片
from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function
import argparse
import sys
import tempfile
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import tensorflow as tf
FLAGS = None
def weight_variable(shape):
    init=tf.truncated_normal(shape=shape,stddev=0.1,mean=1.)
    return tf.Variable(init)
def bias_variable(shape):
    init=tf.constant(0.1,shape=shape)
    return tf.Variable(init)
def conv2d(x,w):
    return tf.nn.conv2d(x,w,[1,1,1,1],padding="SAME")
def max_pool_2x2(x):
    return tf.nn.max_pool(x,ksize=[1,2,2,1],strides=[1,2,2,1],padding="SAME")

def deepnn(x):
    with tf.name_scope(reshape):
        x_image=tf.reshape(x,[-1,28,28,1])
    #第一层卷积和池化
    with tf.name_scope(conv1):
        #输入为1张图片 卷积核为5*5 生成32个特征图
        w_conv1=weight_variable([5,5,1,32])
        b_conv1=bias_variable([32])
        h_conv1=tf.nn.relu(conv2d(x_image,w_conv1)+b_conv1)
    with tf.name_scope(pool1):
        h_pool1=max_pool_2x2(h_conv1)
    #第二层卷积和池化
    with tf.name_scope("conv2"):
        #输入为32张特征图,卷积核为5*5 输出64张特征图
        w_conv2=weight_variable([5,5,32,64])
        b_conv2=bias_variable([64])
        h_conv2=tf.nn.relu(conv2d(h_pool1,w_conv2)+b_conv2)
    with tf.name_scope("pool2"):
        h_pool2=max_pool_2x2(h_conv2)
    #第一层全连接层,将特征图展开为特征向量,与1024个节点连接
    with tf.name_scope("fc1"):
        w_fc1=weight_variable([7*7*64,1024])
        b_fc1=bias_variable([1024])
        h_pool2_flat=tf.reshape(h_pool2,[-1,7*7*64])
        h_fc1=tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool2_flat,w_fc1)+b_fc1)
    #dropout层,训练时随机让某些隐含层节点权重不工作
    with tf.name_scope("dropout1"):
        keep_prob=tf.placeholder(tf.float32)
        h_fc1_drop=tf.nn.dropout(h_fc1,keep_prob)
    #第二个全连接层,连接1024个节点,输出one-hot预测
    with tf.name_scope("fc2"):
        w_fc2=weight_variable([1024,10])
        b_fc2=bias_variable([10])
        h_fc2=tf.matmul(h_fc1_drop,w_fc2)+b_fc2
    return h_fc2,keep_prob
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训练代码:

技术分享图片
from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function

import argparse
import sys
import tempfile

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

import tensorflow as tf

import mnist_model

FLAGS = None
def main(_):
  mnist = input_data.read_data_sets(FLAGS.data_dir, one_hot=True)
  #设置输入变量
  x=tf.placeholder(dtype=tf.float32,shape=[None,784])
  #设置输出变量
  y_real=tf.placeholder(dtype=tf.float32,shape=[None,10])
  #实例化网络
  y_pre,keep_prob=mnist_model.deepnn(x)
  #设置损失函数
  with tf.name_scope("loss"):
      cross_entropy=tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y_pre,labels=y_real)
      loss=tf.reduce_mean(cross_entropy)
  #设置优化器
  with tf.name_scope("adam_optimizer"):
      train_step=tf.train.AdamOptimizer(1e-4).minimize(loss)
  #计算正确率:
  with tf.name_scope("accuracy"):
      correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y_pre, 1), tf.argmax(y_real, 1))
      correct_prediction = tf.cast(correct_prediction, tf.float32)
  accuracy = tf.reduce_mean(correct_prediction)
  #将神经网络图模型保存
  graph_location=tempfile.mkdtemp()
  print(saving graph to %s%graph_location)
  train_writer=tf.summary.FileWriter(graph_location)
  train_writer.add_graph(tf.get_default_graph())
  #将训练的网络保存下来
  saver=tf.train.Saver()
  with tf.Session() as sess:
      sess.run(tf.global_variables_initializer())
      for i in range(5000):
          batch=mnist.train.next_batch(50)
          if i%100==0:
              train_accuracy = accuracy.eval(feed_dict={x: batch[0], y_real: batch[1], keep_prob: 1.0})
              print(step %d, training accuracy %g % (i, train_accuracy))
          sess.run(train_step,feed_dict={x: batch[0], y_real: batch[1], keep_prob: 0.5})
      #在测试集上进行测试
      test_accuracy = 0
      for i in range(200):
          batch = mnist.test.next_batch(50)
          test_accuracy += accuracy.eval(feed_dict={x: batch[0], y_real: batch[1], keep_prob: 1.0}) / 200;

      print(test accuracy %g % test_accuracy)
      save_path = saver.save(sess, "mnist_cnn_model.ckpt")
if __name__ == __main__:
  parser = argparse.ArgumentParser()
  parser.add_argument(--data_dir, type=str,
                      default=./,
                      help=Directory for storing input data)
  FLAGS, unparsed = parser.parse_known_args()
  tf.app.run(main=main, argv=[sys.argv[0]] + unparsed)
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部分训练结果:

step 3600, training accuracy 0.98
step 3700, training accuracy 0.98
step 3800, training accuracy 0.96
step 3900, training accuracy 1
step 4000, training accuracy 0.98
step 4100, training accuracy 0.96
step 4200, training accuracy 1
step 4300, training accuracy 1
step 4400, training accuracy 0.98
step 4500, training accuracy 0.98
step 4600, training accuracy 0.98
step 4700, training accuracy 1
step 4800, training accuracy 0.98
step 4900, training accuracy 1
test accuracy 0.9862

 

以上是关于使用卷积神经网络CNN训练识别mnist的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

深度学习100例-卷积神经网络(CNN)实现mnist手写数字识别 | 第1天

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