详解Python手写数字识别模型的构建与使用

Python手写数字识别 Python手写数字识别模型 Python 数字识别 2022-12-22 09:12:28 872人浏览八月长安

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摘要

目录一：手写数字模型构建与保存1 加载数据集2 特征数据标签数据3 训练集测试集4 数据流图输入层5 隐藏层6 损失函数7 梯度下降算法8 输出损失值 9 模型保存

一：手写数字模型构建与保存

1 加载数据集

# 1加载数据
digits_data = load_digits()

可以先简单查看下手写数字集，如下可以隐约看出数字为8

plt.imshow(digits_data.images[8])
plt.show()

2 特征数据标签数据

# 数据划分
x_data = digits_data.data
y_data = digits_data.target

3 训练集测试集

# 训练集 + 测试集
x_test = x_data[:40]
y_test = y_data[:40]
 
x_train = x_data[40:]
y_train = y_data[40:]
# 概率问题
y_train_2 = np.zeros(shape=(len(y_train), 10))

4 数据流图输入层

input_size = digits_data.data.shape[1]  # 输入的列数
# 数据流图的构建
# x:输入64个特征值--像素
x = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, input_size])
# y:识别的数字 有几个类别[0-9]
y = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, 10])

5 隐藏层

5.1 第一层

# 第一层隐藏层
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w1 = tf.Variable(tf.random_nORMal([input_size, 80], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b1 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [80])
# 第一层计算
one = tf.matmul(x, w1) + b1
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op1 = tf.nn.relu(one)

5.2 第二层

# 第二层隐藏层  上一层输出为下一层输入
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w2 = tf.Variable(tf.random_normal([80, 10], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b2 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [10])
# 第一层计算
two = tf.matmul(op1, w2) + b2
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op2 = tf.nn.relu(two)

6 损失函数

# 构建损失函数 
loss = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y, logits=op2))

7 梯度下降算法

# 梯度下降算法
Optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.005).minimize(loss)

8 输出损失值

# 变量初始化
init = tf.global_variables_initializer()
data_size = digits_data.data.shape[0]
 
# 开启会话
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    # 训练次数
    for i in range(500):
        # 数据分组
        start = (i * 100) % data_size
        end = min(start + 100, data_size)
        batch_x = x_train[start:end]
        batch_y = y_train_2[start:end]
        sess.run(Optimizer, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
        # 输出损失值
        train_loss = sess.run(loss, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
        print(train_loss)

9 模型保存与使用

    obj = tf.train.Saver()
    # 模型保存
    obj.save(sess, 'model-digits.ckpt')

10 完整源码分享

import Tensorflow as tf
from sklearn.datasets import load_digits
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import pandas as pd
 
# 1加载数据
digits_data = load_digits()
# 查看数据
# print(digits_data)
# 查看数据基本特征 (1797, 64) 64:8*8像素点
# print(digits_data.data.shape)
 
# plt.imshow(digits_data.images[8])
# plt.show()
 
# 数据划分
x_data = digits_data.data
y_data = digits_data.target
 
# 训练集 + 测试集
x_test = x_data[:40]
y_test = y_data[:40]
 
x_train = x_data[40:]
y_train = y_data[40:]
# 概率问题
y_train_2 = np.zeros(shape=(len(y_train), 10))
 
# 对应的分类 当前行对应列变成1
for index, row in enumerate(y_train_2):
    # 当前行 对应的数字对应列
    row[int(y_train[index])] = 1
# print(y_train_2[0])
 
input_size = digits_data.data.shape[1]  # 输入的列数
# 数据流图的构建
# x:输入64个特征值--像素
x = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, input_size])
# y:识别的数字 有几个类别[0-9]
y = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, 10])
 
# 第一层隐藏层
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w1 = tf.Variable(tf.random_normal([input_size, 80], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b1 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [80])
# 第一层计算
one = tf.matmul(x, w1) + b1
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op1 = tf.nn.relu(one)
 
# 第二层隐藏层  上一层输出为下一层输入
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w2 = tf.Variable(tf.random_normal([80, 10], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b2 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [10])
# 第一层计算
two = tf.matmul(op1, w2) + b2
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op2 = tf.nn.relu(two)
 
# 构建损失函数
loss = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y, logits=op2))
# 梯度下降算法 优化器          learning_rate学习率(步长)
Optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.005).minimize(loss)
 
# 变量初始化
init = tf.global_variables_initializer()
data_size = digits_data.data.shape[0]
 
# 开启会话
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    # 训练次数
    for i in range(500):
        # 数据分组
        start = (i * 100) % data_size
        end = min(start + 100, data_size)
        batch_x = x_train[start:end]
        batch_y = y_train_2[start:end]
        sess.run(Optimizer, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
        # 输出损失值
        train_loss = sess.run(loss, feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
        print(train_loss)
    obj = tf.train.Saver()
    # 模型保存
    obj.save(sess, 'modelSave/model-digits.ckpt')

损失值在0.303左右，如下图所示

二：手写数字模型使用与测试

对上一步创建的模型，使用测试

import tensorflow as tf
from sklearn.datasets import load_digits
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import pandas as pd
 
# 1加载数据
digits_data = load_digits()
 
# 数据划分
x_data = digits_data.data
y_data = digits_data.target
 
# 训练集 + 测试集
x_test = x_data[:40]
y_test = y_data[:40]
 
x_train = x_data[40:]
y_train = y_data[40:]
# 概率问题
y_train_2 = np.zeros(shape=(len(y_train), 10))
 
# 对应的分类 当前行对应列变成1
for index, row in enumerate(y_train_2):
    # 当前行 对应的数字对应列
    row[int(y_train[index])] = 1
 
# 网络搭建
num_class = 10  # 数字0-9
hidden_num = 80  # 神经元个数
input_size = digits_data.data.shape[1]  # 输入的列数
# 数据流图的构建
# x:输入64个特征值--像素
x = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, 64])
# y:识别的数字 有几个类别[0-9]
y = tf.placeholder(np.float32, shape=[None, 10])
 
# 第一层隐藏层
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w1 = tf.Variable(tf.random_normal([input_size, 80], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b1 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [80])
# 第一层计算
one = tf.matmul(x, w1) + b1
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op1 = tf.nn.relu(one)
 
# 第二层隐藏层  上一层输出为下一层输入
# 参数1 输入维度  参数2：输出维度(神经元个数) 标准差是0.1的正态分布
w2 = tf.Variable(tf.random_normal([80, 10], stddev=0.1))
# b的个数就是隐藏层神经元的个数
b2 = tf.Variable(tf.constant(0.01), [10])
# 第一层计算
two = tf.matmul(op1, w2) + b2
# 激活函数  和0比 大于0则激活
op2 = tf.nn.relu(two)
 
# 变量初始化
init = tf.global_variables_initializer()
 
train_count = 500
batch_size = 100
data_size = x_train.shape[0]
 
pre_max_index = tf.argmax(op2, 1)
plt.imshow(digits_data.images[13])  # 3
plt.show()
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    # 使用网络
    obj = tf.train.Saver()
    obj.restore(sess, 'modelSave/model-digits.ckpt')
    print(sess.run(op2, feed_dict={x: [x_test[13], x_test[14]]}))
    print(sess.run(pre_max_index, feed_dict={x: [x_test[13], x_test[14]]}))

想要测试的数据，如下图所示