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使用L2正则化和平均滑动模型的LeNet-5MNIST手写数字识别模型
阅读量:6341 次
发布时间:2019-06-22

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使用L2正则化和平均滑动模型的LeNet-5MNIST手写数字识别模型

觉得有用的话,欢迎一起讨论相互学习~

参考文献

实验平台:
Tensorflow1.4.0
python3.5.0
将四个文件下载后放到当前目录下的MNIST_data文件夹下

定义模型框架与前向传播

import tensorflow as tf# 配置神经网络的参数INPUT_NODE = 784OUTPUT_NODE = 10IMAGE_SIZE = 28NUM_CHANNELS = 1NUM_LABELS = 10# 第一层卷积层的尺寸和深度CONV1_DEEP = 32CONV1_SIZE = 5# 第二层卷积层的尺寸和深度CONV2_DEEP = 64CONV2_SIZE = 5# 全连接层的节点个数FC_SIZE = 512# 定义卷积神经网络的前向传播过程,这里添加了一个参数train,用于区分训练过程和测试过程。# 这里使用dropout方法,dropout方法可以进一步提升模型可靠性并防止过拟合,dropout只在训练过程中使用。def inference(input_tensor, train, regularizer):    # 通过使用不同的命名空间来隔离变量,可以使每一层的变量命名只需要考虑在当前层的作用,而不需要考虑重名的问题    with tf.variable_scope('layer1-conv1'):        conv1_weights = tf.get_variable(            "weight", [CONV1_SIZE, CONV1_SIZE, NUM_CHANNELS, CONV1_DEEP],            initializer=tf.truncated_normal_initializer(stddev=0.1))        conv1_biases = tf.get_variable("bias", [CONV1_DEEP], initializer=tf.constant_initializer(0.0))        conv1 = tf.nn.conv2d(input_tensor, conv1_weights, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')        relu1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv1, conv1_biases))    with tf.name_scope("layer2-pool1"):        pool1 = tf.nn.max_pool(relu1, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding="SAME")    with tf.variable_scope("layer3-conv2"):        conv2_weights = tf.get_variable(            "weight", [CONV2_SIZE, CONV2_SIZE, CONV1_DEEP, CONV2_DEEP],            initializer=tf.truncated_normal_initializer(stddev=0.1))        conv2_biases = tf.get_variable("bias", [CONV2_DEEP], initializer=tf.constant_initializer(0.0))        conv2 = tf.nn.conv2d(pool1, conv2_weights, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')        relu2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(conv2, conv2_biases))    with tf.name_scope("layer4-pool2"):        pool2 = tf.nn.max_pool(relu2, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')        # pool2.getshape函数可以得到第四层输出矩阵的维度而不需要手工计算。        # 注意因为每一层神经网络的输入输出都为一个batch矩阵,所以这里得到的维度也包含了一个batch中数据的个数。        pool_shape = pool2.get_shape().as_list()        # 计算将矩阵拉直成向量后的长度,这个长度就是矩阵的长宽及深度的乘积,注意这里的pool_shape[0]为一个batch中数据的个数        nodes = pool_shape[1]*pool_shape[2]*pool_shape[3]        # 通过tf.shape函数将第四层的输出变成一个batch的向量        reshaped = tf.reshape(pool2, [pool_shape[0], nodes])    # dropout一般只在全连接层而不是卷积层或者池化层使用    with tf.variable_scope('layer5-fc1'):        fc1_weights = tf.get_variable("weight", [nodes, FC_SIZE],                                      initializer=tf.truncated_normal_initializer(stddev=0.1))        # 只有全连接层的权重需要加入正则化        if regularizer != None: tf.add_to_collection('losses', regularizer(fc1_weights))        fc1_biases = tf.get_variable("bias", [FC_SIZE], initializer=tf.constant_initializer(0.1))        fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(reshaped, fc1_weights) + fc1_biases)        # 如果train标签为真,则引入dropout函数使输出层一半的神经元失活        if train: fc1 = tf.nn.dropout(fc1, 0.5)    with tf.variable_scope('layer6-fc2'):        fc2_weights = tf.get_variable("weight", [FC_SIZE, NUM_LABELS],                                      initializer=tf.truncated_normal_initializer(stddev=0.1))        if regularizer != None: tf.add_to_collection('losses', regularizer(fc2_weights))        fc2_biases = tf.get_variable("bias", [NUM_LABELS], initializer=tf.constant_initializer(0.1))        logit = tf.matmul(fc1, fc2_weights) + fc2_biases    return logit

训练基于LeNet的MNIST模型

import tensorflow as tffrom tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_dataimport LeNet5_inferneceimport osimport numpy as np# #### 1. 定义神经网络相关的参数BATCH_SIZE = 100  # 批处理数量大小LEARNING_RATE_BASE = 0.01  # 基础学习率LEARNING_RATE_DECAY = 0.99  # 学习率衰减速率REGULARIZATION_RATE = 0.0001  # 正则化参数TRAINING_STEPS = 6000  # 训练周期数MOVING_AVERAGE_DECAY = 0.99  # 平均滑动步长# #### 2. 定义训练过程def train(mnist):    # 定义输出为4维矩阵的placeholder    x = tf.placeholder(tf.float32, [        BATCH_SIZE,        LeNet5_infernece.IMAGE_SIZE,        LeNet5_infernece.IMAGE_SIZE,        LeNet5_infernece.NUM_CHANNELS],                       name='x-input')    # y_表示正确的标签    y_ = tf.placeholder(tf.float32, [None, LeNet5_infernece.OUTPUT_NODE], name='y-input')    # 定义L2正则化    regularizer = tf.contrib.layers.l2_regularizer(REGULARIZATION_RATE)    y = LeNet5_infernece.inference(x, False, regularizer)  # 表示不使用dropout,但是使用正则化    global_step = tf.Variable(0, trainable=False)    # 定义损失函数、学习率、滑动平均操作以及训练过程。    variable_averages = tf.train.ExponentialMovingAverage(MOVING_AVERAGE_DECAY, global_step)    # 使用平均滑动模型    variables_averages_op = variable_averages.apply(tf.trainable_variables())    # 定以交叉熵函数    cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=y, labels=tf.argmax(y_, 1))    cross_entropy_mean = tf.reduce_mean(cross_entropy)    # 将权重的L2正则化部分加到损失函数中    loss = cross_entropy_mean + tf.add_n(tf.get_collection('losses'))    # 定义递减的学习率    learning_rate = tf.train.exponential_decay(        LEARNING_RATE_BASE,        global_step,        mnist.train.num_examples/BATCH_SIZE, LEARNING_RATE_DECAY,        staircase=True)    train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss, global_step=global_step)    # with tf.control_dependencies([train_step, variables_averages_op]):    #     train_op = tf.no_op(name='train')    # 在反向传播梯度下降的过程中更新变量的滑动平均值    train_op = tf.group(train_step, variables_averages_op)    # 初始化TensorFlow持久化类。    saver = tf.train.Saver()    with tf.Session() as sess:        tf.global_variables_initializer().run()        for i in range(TRAINING_STEPS):            xs, ys = mnist.train.next_batch(BATCH_SIZE)            reshaped_xs = np.reshape(xs, (                BATCH_SIZE,                LeNet5_infernece.IMAGE_SIZE,                LeNet5_infernece.IMAGE_SIZE,                LeNet5_infernece.NUM_CHANNELS))            _, loss_value, step = sess.run([train_op, loss, global_step], feed_dict={x: reshaped_xs, y_: ys})            if i%1000 == 0:                print("After %d training step(s), loss on training batch is %g."%(step, loss_value))# #### 3. 主程序入口def main(argv=None):    mnist = input_data.read_data_sets("./MNIST_data", one_hot=True)    train(mnist)if __name__ == '__main__':    main()

转载于:https://www.cnblogs.com/cloud-ken/p/9319341.html

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