tensorflow框架学习—— 一个简单的神经网络示例

Posted 2022-05-26 dwithy

一、神经网络结构

定义一个简单的回归神经网络结构：

• 数据集为(x_i,y_i)，数据的特征数为1，所以x的维度为1。
• 输入层1个神经元。
• 隐藏层数为1，4个神经元。
• 输出层1个神经元。
• 隐藏层的激活函数为f(x)=x，输出层的激活函数为ReLU

结构图如下：

 

 

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二、代码示例

相关函数说明：

• tf.random_normal ：用于生成正太分布随机数矩阵的tensor，tensorFlow有很多随机数函数，可以查找官方文档获得。
• tf.zeros ：用于生成0矩阵的tensor，tf.ones可以用来获得单位矩阵。
• tf.nn.relu ：tensorflow定义的用来实现ReLU激活函数的方法。
• tf.reduce_sum ：求和函数，通过axis来控制在哪个方向上求和，axis=[0]表示按行求和，axis=[1]表示按列求和。
• tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss) ：梯度下降优化函数，learning_rate表示学习率，minimize表示最小化，loss是优化的损失函数。tensorFlow有很多优化函数，可以查找官方文档获得。

 

代码：

import tensorflow as tf
import numpy as np

# 创建数据训练数据集,
x_data = np.random.rand(1000).reshape(1000, 1)
noise = np.random.normal(0, 0.1, [1000, 1])  # 制作噪音
y_data = 2 * x_data + 1 + noise

# 创建占位符用于minibatch的梯度下降训练,建议数据类型使用tf.float32、tf.float64等浮点型数据
x_in = tf.placeholder(tf.float32, [None, 1])
y_in = tf.placeholder(tf.float32, [None, 1])


# 定义一个添加层的函数
def add_layer(input_, in_size, out_size, activation_funtion=None):
    ‘‘‘
    :param input_: 输入的tensor
    :param in_size: 输入的维度，即上一层的神经元个数
    :param out_size: 输出的维度，即当前层的神经元个数即当前层的
    :param activation_funtion: 激活函数
    :return: 返回一个tensor
    ‘‘‘
    weight = tf.Variable(tf.random_normal([in_size, out_size]))  # 权重，随机的in_size*out_size大小的权重矩阵
    biase = tf.Variable(tf.zeros([1, out_size]) + 0.01)  # 偏置，1*out_size大小的0.01矩阵，不用0矩阵避免计算出错
    if not activation_funtion:  # 根据是否有激活函数决定输出
        output = tf.matmul(input_, weight) + biase
    else:
        output = activation_funtion(tf.matmul(input_, weight) + biase)
    return output


# 定义隐藏层,输入为原始数据，特征为1，所以输入为1个神经元，输出为4个神经元
layer1 = add_layer(x_in, 1, 4)

# 定义输出层,输入为layer1返回的tensor，输入为4个神经元，输出为1个神经元，激活函数为ReLU
predict = add_layer(layer1, 4, 1, tf.nn.relu)

# 定义损失函数
loss = tf.reduce_mean(tf.reduce_sum(tf.square(y_in - predict), axis=[1]))  # tf.reduce_sum的axis=[1]表示按列求和

# 定义训练的优化方式为梯度下降
train = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)  # 学习率为0.1


init = tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    # 训练1000次
    for step in range(1000):
        # 执行训练,因为有占位符所以要传入字典，占位符的好处是可以用来做minibatch训练，这里数据量小，直接传入全部数据来训练
        sess.run(train, feed_dict=x_in: x_data, y_in: y_data)
        # 每50步输出一次loss
        if step % 49 == 0:
            print(sess.run(loss, feed_dict=x_in: x_data, y_in: y_data))