TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念

上篇文章聊了一下AT未来的方向,说现在要做的就是TRAINS(训练集),目标非常明确。通过写博客能够总结之前的经验提升自己的能力,同时也能分享一些好的idea给大家,我觉得非常有意义。当然更多的时候我还是习惯性用笔记下来。

本文准确来讲应该叫做“MNIST机器学习入门”,具体实现代码很短,真正有意思的内容只包含在三行代码里面。但是,去理解包含在这些代码里面的设计思想是非常重要的:

TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念。

TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念

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TensorFlow 是一个用于人工智能的开源神器。是一个采用数据流图(data flow graphs),用于数值计算的开源软件库。可以想象一张多维的蜘蛛网图,节点(Nodes)在图中表示数学操作,图中的线(edges)则表示在节点间相互联系的多维数据数组,即张量(tensor)。它灵活的架构让你可以在多种平台上展开计算,例如台式计算机中的一个或多个CPU(或GPU),服务器,移动设备等等。

什么是数据流图(Data Flow Graph)?

数据流图用“结点”(nodes)和“线”(edges)的有向图来描述数学计算。“节点” 一般用来表示施加的数学操作,但也可以表示数据输入(feed in)的起点/输出(push out)的终点,或者是读取/写入持久变量(persistent variable)的终点。“线”表示“节点”之间的输入/输出关系。这些数据“线”可以输运“size可动态调整”的多维数据数组,即“张量”(tensor)。张量从图中流过的直观图像是这个工具取名为“Tensorflow”的原因。一旦输入端的所有张量准备好,节点将被分配到各种计算设备完成异步并行地执行运算。

TensorFlow的特征?

  1. 可移植性:tensorflow可以在各种CPU和GPU上运行(手机,电脑,机器人,Clould)。
  2. 性能最优化:Tensorflow 给予了线程、队列、异步操作等以最佳的支持,你可以自由地将Tensorflow图中的计算元素分配到不同设备上。
  3. 高度的灵活性:

TensorFlow不是一个严格的“神经网络”库。只要你可以将你的计算表示为一个数据流图,你就可以使用Tensorflow。你来构建图,描写驱动计算的内部循环。它提供了有用的工具来帮助你组装“子图”(常用于神经网络),当然用户也可以自己在Tensorflow基础上写自己的“上层库”。定义顺手好用的新复合操作和写一个python函数一样容易,而且也不用担心性能损耗。当然万一你发现找不到想要的底层数据操作,你也可以自己写一点c++代码来丰富底层的操作。

任何人都可以在
Apache 2.0开源协议下使用Tensorflow

MNIST机器学习入门

在《Python Tensorflow安装,使用教程》中我们完成了第一个【Hello 小团子】,这是最简单的操作,而MNIST作为Tensorflow界的“hello world!”,被各种深度学习入门书籍拿来作为第一个案例,但是由于官方文档给出的示例程序中采用了不少的封装函数,尽管提供了封装函数源码,但仍然晦涩难懂,而且需要waiwang环境。MNIST完整源代码会最后附录。

MNIST是一个入门级的计算机视觉数据集,它包含各种手写数字图片:

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

它也包含每一张图片对应的标签,告诉我们这个是数字几。比如,上面这四张图片的标签分别是5,0,4,1。

在本文中,我们将训练一个机器学习模型用于预测图片里面的数字。我们从一个很简单的数学模型开始,它叫做Softmax Regression。

MNIST数据集介绍

数据集详细介绍参见mnist官网,我们必须明确文件的存储格式,因为将要从官网给出IDX文件进行数据的读取。

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自mnist官网截图

估计大家耐心看肯定木得问题,对于图片训练集是从第17个字节开始的,对于标签训练集是从第9个字节开始的。

IDX文件格式是各种数值类型的向量和多维矩阵的简单格式。

数据集被分成两部分:60000行的训练数据集(mnist.train)和10000行的测试数据集(mnist.test)。这样的切分很重要,在机器学习模型设计时必须有一个单独的测试数据集不用于训练而是用来评估这个模型的性能,从而更加容易把设计的模型推广到其他数据集上(泛化)。

正如前面提到的一样,每一个MNIST数据单元有两部分组成:一张包含手写数字的图片和一个对应的标签。我们把这些图片设为“xs”,把这些标签设为“ys”。训练数据集和测试数据集都包含xs和ys,比如训练数据集的图片是 mnist.train.images ,训练数据集的标签是 mnist.train.labels。

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

每一张图片包含28像素X28像素。我们可以用一个数字数组来表示这张图片:

我们把这个数组展开成一个向量,长度是 28×28 = 784。如何展开这个数组(数字间的顺序)不重要,只要保持各个图片采用相同的方式展开。从这个角度来看,MNIST数据集的图片就是在784维向量空间里面的点, 并且拥有比较复杂的结构 (tips: 此类数据的可视化是计算密集型的)。

展平图片的数字数组会丢失图片的二维结构信息。这显然是不理想的,最优秀的计算机视觉方法会挖掘并利用这些结构信息。但目前我们先忽略这些结构,本神介绍的简单数学模型,softmax回归(softmax regression),不会利用这些结构信息。

因此,在MNIST训练数据集中,mnist.train.images 是一个形状为 [60000, 784] 的张量,第一个维度数字用来索引图片,第二个维度数字用来索引每张图片中的像素点。在此张量里的每一个元素,都表示某张图片里的某个像素的强度值,值介于0和1之间。

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

相对应的MNIST数据集的标签是介于0到9的数字,用来描述给定图片里表示的数字。为了用于这个教程,我们使标签数据是”one-hot vectors”。 一个one-hot向量除了某一位的数字是1以外其余各维度数字都是0。所以在此教程中,数字n将表示成一个只有在第n维度(从0开始)数字为1的10维向量。比如,标签0将表示成([1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0])。因此,mnist.train.labels是一个[60000, 10]的数字矩阵。

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

下面开始构建我们的模型

Softmax回归介绍

MNIST的每一张图片都表示一个数字,从0到9。我们希望得到给定图片代表每个数字的概率。比如说,我们的模型可能推测一张包含9的图片代表数字9的概率是80%但是判断它是8的概率是5%(因为8和9都有上半部分的小圆),然后给予它代表其他数字的概率更小的值。

这是一个使用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。

softmax回归(softmax regression)分两步:第一步

为了得到一张给定图片属于某个特定数字类的证据(evidence),我们对图片像素值进行加权求和。如果这个像素具有很强的证据说明这张图片不属于该类,那么相应的权值为负数,相反如果这个像素拥有有利的证据支持这张图片属于这个类,那么权值是正数。

下面的图片显示了一个模型学习到的图片上每个像素对于特定数字类的权值。红色代表负数权值,蓝色代表正数权值。

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

我们也需要加入一个额外的偏置量(bias),因为输入往往会带有一些无关的干扰量。因此对于给定的输入图片x它代表的是数字i的证据可以表示为

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代表权重,

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

代表数字i类的偏置量,j代表给定图片x的像素索引用于像素求和。然后用softmax函数可以把这些证据转换成概率y

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

这里的softmax可以看成是一个激励(activation)函数或者链接(link)函数,把我们定义的线性函数的输出转换成我们想要的格式,也就是关于10个数字类的概率分布。因此,给定一张图片,它对于每一个数字的吻合度可以被softmax函数转换成为一个概率值。softmax函数可以定义为:

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

展开等式右边的子式,可以得到:

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但是更多的时候把softmax模型函数定义为前一种形式:把输入值当成幂指数求值,再正则化这些结果值。这个幂运算表示,更大的证据对应更大的假设模型(hypothesis)里面的乘数权重值。反之,拥有更少的证据意味着在假设模型里面拥有更小的乘数系数。假设模型里的权值不可以是0值或者负值。Softmax然后会正则化这些权重值,使它们的总和等于1,以此构造一个有效的概率分布。(更多的关于Softmax函数的信息,可以参考Michael Nieslen的书里面的这个部分,其中有关于softmax的可交互式的可视化解释。)

对于softmax回归模型可以用下面的图解释,对于输入的xs加权求和,再分别加上一个偏置量,最后再输入到softmax函数中:

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

如果把它写成一个等式,我们可以得到:

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

我们也可以用向量表示这个计算过程:用矩阵乘法和向量相加。这有助于提高计算效率。(也是一种更有效的思考方式)

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 图片来自tf社区官网-晴雨

更进一步,可以写成更加紧凑的方式

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

实现回归模型

用python实现高效的数值计算,我们通常会使用函数库,比如NumPy,会把类似矩阵乘法这样的复杂运算使用其他外部语言实现。不幸的是,从外部计算切换回Python的每一个操作,仍然是一个很大的开销。如果你用GPU来进行外部计算,这样的开销会更大。用分布式的计算方式,也会花费更多的资源用来传输数据。

TensorFlow也把复杂的计算放在python之外完成,但是为了避免前面说的那些开销,它做了进一步完善。Tensorflow不单独地运行单一的复杂计算,而是让我们可以先用图描述一系列可交互的计算操作,然后全部一起在Python之外运行。(这样类似的运行方式,可以在不少的机器学习库中看到。)

使用TensorFlow之前,首先导入它:

import tensorflow as tf

我们通过操作符号变量来描述这些可交互的操作单元,可以用下面的方式创建一个:

x = tf.placeholder("float", [None, 784])

x不是一个特定的值,而是一个占位符placeholder,我们在TensorFlow运行计算时输入这个值。我们希望能够输入任意数量的MNIST图像,每一张图展平成784维的向量。我们用2维的浮点数张量来表示这些图,这个张量的形状是[None,784 ]。(这里的None表示此张量的第一个维度可以是任何长度的。)

我们的模型也需要权重值和偏置量,当然我们可以把它们当做是另外的输入(使用占位符),但TensorFlow有一个更好的方法来表示它们:Variable 。 一个Variable代表一个可修改的张量,存在在TensorFlow的用于描述交互性操作的图中。它们可以用于计算输入值,也可以在计算中被修改。对于各种机器学习应用,一般都会有模型参数,可以用Variable表示。

W = tf.Variable(tf.zeros([784,10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))

我们赋予tf.Variable不同的初值来创建不同的Variable:在这里,我们都用全为零的张量来初始化Wb。因为我们要学习Wb的值,它们的初值可以随意设置。

注意,W的维度是[784,10],因为我们想要用784维的图片向量乘以它以得到一个10维的证据值向量,每一位对应不同数字类。b的形状是[10],所以我们可以直接把它加到输出上面。

现在,我们可以实现我们的模型啦。只需要一行代码!

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

首先,我们用tf.matmul(​​X,W)表示x乘以W,对应之前等式里面的

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

,这里x是一个2维张量拥有多个输入。然后再加上b,把和输入到tf.nn.softmax函数里面。

至此,我们先用了几行简短的代码来设置变量,然后只用了一行代码来定义我们的模型。TensorFlow不仅仅可以使softmax回归模型计算变得特别简单,它也用这种非常灵活的方式来描述其他各种数值计算,从机器学习模型对物理学模拟仿真模型。一旦被定义好之后,我们的模型就可以在不同的设备上运行:计算机的CPU,GPU,甚至是手机!

训练模型

为了训练我们的模型,我们首先需要定义一个指标来评估这个模型是好的。其实,在机器学习,我们通常定义指标来表示一个模型是坏的,这个指标称为成本(cost)或损失(loss),然后尽量最小化这个指标。但是,这两种方式是相同的。

一个非常常见的,非常漂亮的成本函数是“交叉熵”(cross-entropy)。交叉熵产生于信息论里面的信息压缩编码技术,但是它后来演变成为从博弈论到机器学习等其他领域里的重要技术手段。它的定义如下:

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

y 是我们预测的概率分布, y’ 是实际的分布(我们输入的one-hot vector)。比较粗糙的理解是,交叉熵是用来衡量我们的预测用于描述真相的低效性。更详细的关于交叉熵的解释超出本教程的范畴,但是你很有必要好好理解它

为了计算交叉熵,我们首先需要添加一个新的占位符用于输入正确值:

y_ = tf.placeholder("float", [None,10])

然后我们可以用

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

计算交叉熵:

cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))

首先,用 tf.log 计算 y 的每个元素的对数。接下来,我们把 y_ 的每一个元素和 tf.log(y_) 的对应元素相乘。最后,用 tf.reduce_sum 计算张量的所有元素的总和。(注意,这里的交叉熵不仅仅用来衡量单一的一对预测和真实值,而是所有100幅图片的交叉熵的总和。对于100个数据点的预测表现比单一数据点的表现能更好地描述我们的模型的性能。

现在我们知道我们需要我们的模型做什么啦,用TensorFlow来训练它是非常容易的。因为TensorFlow拥有一张描述你各个计算单元的图,它可以自动地使用反向传播算法(backpropagation algorithm)来有效地确定你的变量是如何影响你想要最小化的那个成本值的。然后,TensorFlow会用你选择的优化算法来不断地修改变量以降低成本。

train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)

在这里,我们要求TensorFlow用梯度下降算法(gradient descent algorithm)以0.01的学习速率最小化交叉熵。梯度下降算法(gradient descent algorithm)是一个简单的学习过程,TensorFlow只需将每个变量一点点地往使成本不断降低的方向移动。当然TensorFlow也提供了其他许多优化算法:只要简单地调整一行代码就可以使用其他的算法。

TensorFlow在这里实际上所做的是,它会在后台给描述你的计算的那张图里面增加一系列新的计算操作单元用于实现反向传播算法和梯度下降算法。然后,它返回给你的只是一个单一的操作,当运行这个操作时,它用梯度下降算法训练你的模型,微调你的变量,不断减少成本。

现在,我们已经设置好了我们的模型。在运行计算之前,我们需要添加一个操作来初始化我们创建的变量:

init = tf.initialize_all_variables()

现在我们可以在一个Session里面启动我们的模型,并且初始化变量:

os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2' #部分电脑修改log提示级别,否则会报错

sess = tf.Session()
sess.run(init)

然后开始训练模型,这里我们让模型循环训练1000次!

for i in range(1000):
  batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
  sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys})

该循环的每个步骤中,我们都会随机抓取训练数据中的100个批处理数据点,然后我们用这些数据点作为参数替换之前的占位符来运行train_step

使用一小部分的随机数据来进行训练被称为随机训练(stochastic training)- 在这里更确切的说是随机梯度下降训练。在理想情况下,我们希望用我们所有的数据来进行每一步的训练,因为这能给我们更好的训练结果,但显然这需要很大的计算开销。所以,每一次训练我们可以使用不同的数据子集,这样做既可以减少计算开销,又可以最大化地学习到数据集的总体特性。

评估我们的模型

模型的性能如何呢?

首先让我们找出那些预测正确的标签。tf.argmax 是一个非常有用的函数,它能给出某个tensor对象在某一维上的其数据最大值所在的索引值。由于标签向量是由0,1组成,因此最大值1所在的索引位置就是类别标签,比如tf.argmax(y,1)返回的是模型对于任一输入x预测到的标签值,而 tf.argmax(y_,1) 代表正确的标签,我们可以用 tf.equal 来检测我们的预测是否真实标签匹配(索引位置一样表示匹配)。

correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y,1), tf.argmax(y_,1))

这行代码会给我们一组布尔值。为了确定正确预测项的比例,我们可以把布尔值转换成浮点数,然后取平均值。例如,[True, False, True, True] 会变成 [1,0,1,1] ,取平均值后得到 0.75.

accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, "float"))

最后,我们计算所学习到的模型在测试数据集上面的正确率。

print(sess.run(accuracy, feed_dict={x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels}))

代码都写到mnist.py中,我们切换cmd命令来运行一下,老规矩

activate tensorflow1

进入到我们的mnist.py,输入python mnist.py

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 激活tensroflow1环境并切换到mnist目录

回车

《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》
《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》 MNIST机器学习入门结果

这个最终结果值是0.906,每次运行结果都会不一样,但都接近91%。

事实上,这个结果是很差的。这是因为我们仅仅使用了一个非常简单的模型。不过,做一些小小的改进,我们就可以得到97%的正确率。最好的模型甚至可以获得超过99.7%的准确率!(想了解更多信息,可以看看这个关于各种模型的性能对比列表。)

比结果更重要的是,我们从这个模型中学习到的设计思想。不过,如果你仍然对这里的结果有点失望,可以查看下一个教程,在那里你可以学习如何用FensorFlow构建更加复杂的模型以获得更好的性能!

更多内容可以参考:TensorFlow 官方文档中文版

可能出错的解决办法

1.NameError: name ‘mnist’ is not defined

当然mnist数据集不能直接使用,需要通过input_data模块进行初始化,所以要首先引入input_data模块,网上很多解决办法都是重新下载input_data模块,不过lz认为有些麻烦,毕竟这是TF自带模块,所以只需运行下面的这段代码:

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

##mnist = input_data.read_data_sets(train_dir='./MNIST_data', one_hot=True)##Mac env
mnist = input_data.read_data_sets('MNIST_data', one_hot=True) ##Windows env
# 如果当前文件夹下没有 MNIST_data,会首先创建该文件夹,然后下载mnist数据集

出现

Extracting MNIST_data/train-images-idx3-ubyte.gz
Extracting MNIST_data/train-labels-idx1-ubyte.gz
Extracting MNIST_data/t10k-images-idx3-ubyte.gz
Extracting MNIST_data/t10k-labels-idx1-ubyte.gz

代表引用成功,这样直接使用mnist就不会报错了。

注:在运行代码时可能会需要一点时间,也可能会出现报错,有可能是网络问题,只需再次执行

2.initialize_all_variables (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed

解决:

# init = tf.initialize_all_variables()# old api 改为

init = tf.global_variables_initializer() # new api

3.如果在运行的时候出现需要更新pip,或者tensorflow,看提示直接更新就可以,如下更新tensorflow

pip install --upgrade tensorflow

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《TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念》

以上便是TensorFlow工作流程和机器学习的基本概念的全部内容,下一篇文章准备介绍

MNIST进阶之read_data_sets() ,可以点击关注,本专栏长期更新

晴雨 2019-02-27 21:30

附录完整代码:

1.下载数据集源码,(可能你们下载不下来)

#!/usr/bin/Python
# -*- coding: utf-8 -*-
# Copyright 2015 Google Inc. All Rights Reserved.
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.
# ==============================================================================
"""Functions for downloading and reading MNIST data."""
from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function
import gzip
import os
import tensorflow.python.platform
import numpy
from six.moves import urllib
from six.moves import xrange  # pylint: disable=redefined-builtin
import tensorflow as tf
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import mnist

SOURCE_URL = 'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/'
def maybe_download(filename, work_directory):
  """Download the data from Yann's website, unless it's already here."""
  if not os.path.exists(work_directory):
    os.mkdir(work_directory)
  filepath = os.path.join(work_directory, filename)
  if not os.path.exists(filepath):
    filepath, _ = urllib.request.urlretrieve(SOURCE_URL + filename, filepath)
    statinfo = os.stat(filepath)
    print('Successfully downloaded', filename, statinfo.st_size, 'bytes.')
  return filepath
def _read32(bytestream):
  dt = numpy.dtype(numpy.uint32).newbyteorder('>')
  return numpy.frombuffer(bytestream.read(4), dtype=dt)[0]
def extract_images(filename):
  """Extract the images into a 4D uint8 numpy array [index, y, x, depth]."""
  print('Extracting', filename)
  with gzip.open(filename) as bytestream:
    magic = _read32(bytestream)
    if magic != 2051:
      raise ValueError(
          'Invalid magic number %d in MNIST image file: %s' %
          (magic, filename))
    num_images = _read32(bytestream)
    rows = _read32(bytestream)
    cols = _read32(bytestream)
    buf = bytestream.read(rows * cols * num_images)
    data = numpy.frombuffer(buf, dtype=numpy.uint8)
    data = data.reshape(num_images, rows, cols, 1)
    return data
def dense_to_one_hot(labels_dense, num_classes=10):
  """Convert class labels from scalars to one-hot vectors."""
  num_labels = labels_dense.shape[0]
  index_offset = numpy.arange(num_labels) * num_classes
  labels_one_hot = numpy.zeros((num_labels, num_classes))
  labels_one_hot.flat[index_offset + labels_dense.ravel()] = 1
  return labels_one_hot
def extract_labels(filename, one_hot=False):
  """Extract the labels into a 1D uint8 numpy array [index]."""
  print('Extracting', filename)
  with gzip.open(filename) as bytestream:
    magic = _read32(bytestream)
    if magic != 2049:
      raise ValueError(
          'Invalid magic number %d in MNIST label file: %s' %
          (magic, filename))
    num_items = _read32(bytestream)
    buf = bytestream.read(num_items)
    labels = numpy.frombuffer(buf, dtype=numpy.uint8)
    if one_hot:
      return dense_to_one_hot(labels)
    return labels
class DataSet(object):
  def __init__(self, images, labels, fake_data=False, one_hot=False,
               dtype=tf.float32):
    """Construct a DataSet.
    one_hot arg is used only if fake_data is true.  `dtype` can be either
    `uint8` to leave the input as `[0, 255]`, or `float32` to rescale into
    `[0, 1]`.
    """
    dtype = tf.as_dtype(dtype).base_dtype
    if dtype not in (tf.uint8, tf.float32):
      raise TypeError('Invalid image dtype %r, expected uint8 or float32' %
                      dtype)
    if fake_data:
      self._num_examples = 10000
      self.one_hot = one_hot
    else:
      assert images.shape[0] == labels.shape[0], (
          'images.shape: %s labels.shape: %s' % (images.shape,
                                                 labels.shape))
      self._num_examples = images.shape[0]
      # Convert shape from [num examples, rows, columns, depth]
      # to [num examples, rows*columns] (assuming depth == 1)
      assert images.shape[3] == 1
      images = images.reshape(images.shape[0],
                              images.shape[1] * images.shape[2])
      if dtype == tf.float32:
        # Convert from [0, 255] -> [0.0, 1.0].
        images = images.astype(numpy.float32)
        images = numpy.multiply(images, 1.0 / 255.0)
    self._images = images
    self._labels = labels
    self._epochs_completed = 0
    self._index_in_epoch = 0
  @property
  def images(self):
    return self._images
  @property
  def labels(self):
    return self._labels
  @property
  def num_examples(self):
    return self._num_examples
  @property
  def epochs_completed(self):
    return self._epochs_completed
  def next_batch(self, batch_size, fake_data=False):
    """Return the next `batch_size` examples from this data set."""
    if fake_data:
      fake_image = [1] * 784
      if self.one_hot:
        fake_label = [1] + [0] * 9
      else:
        fake_label = 0
      return [fake_image for _ in xrange(batch_size)], [
          fake_label for _ in xrange(batch_size)]
    start = self._index_in_epoch
    self._index_in_epoch += batch_size
    if self._index_in_epoch > self._num_examples:
      # Finished epoch
      self._epochs_completed += 1
      # Shuffle the data
      perm = numpy.arange(self._num_examples)
      numpy.random.shuffle(perm)
      self._images = self._images[perm]
      self._labels = self._labels[perm]
      # Start next epoch
      start = 0
      self._index_in_epoch = batch_size
      assert batch_size <= self._num_examples
    end = self._index_in_epoch
    return self._images[start:end], self._labels[start:end]
def read_data_sets(train_dir, fake_data=False, one_hot=False, dtype=tf.float32):
  class DataSets(object):
    pass
  data_sets = DataSets()
  if fake_data:
    def fake():
      return DataSet([], [], fake_data=True, one_hot=one_hot, dtype=dtype)
    data_sets.train = fake()
    data_sets.validation = fake()
    data_sets.test = fake()
    return data_sets
  TRAIN_IMAGES = 'train-images-idx3-ubyte.gz'
  TRAIN_LABELS = 'train-labels-idx1-ubyte.gz'
  TEST_IMAGES = 't10k-images-idx3-ubyte.gz'
  TEST_LABELS = 't10k-labels-idx1-ubyte.gz'
  VALIDATION_SIZE = 5000
  local_file = maybe_download(TRAIN_IMAGES, train_dir)
  train_images = extract_images(local_file)
  local_file = maybe_download(TRAIN_LABELS, train_dir)
  train_labels = extract_labels(local_file, one_hot=one_hot)
  local_file = maybe_download(TEST_IMAGES, train_dir)
  test_images = extract_images(local_file)
  local_file = maybe_download(TEST_LABELS, train_dir)
  test_labels = extract_labels(local_file, one_hot=one_hot)
  validation_images = train_images[:VALIDATION_SIZE]
  validation_labels = train_labels[:VALIDATION_SIZE]
  train_images = train_images[VALIDATION_SIZE:]
  train_labels = train_labels[VALIDATION_SIZE:]
  data_sets.train = DataSet(train_images, train_labels, dtype=dtype)
  data_sets.validation = DataSet(validation_images, validation_labels,
                                 dtype=dtype)
  data_sets.test = DataSet(test_images, test_labels, dtype=dtype)
  return data_sets

2.Trans

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Spyder Editor

This is a temporary script file.  作者:晴雨。
"""


import tensorflow as tf
#from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import os
import input_data

# mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True)

x = tf.placeholder("float", [None, 784])

W = tf.Variable(tf.zeros([784,10]))
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))

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

y_ = tf.placeholder("float", [None,10])

cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))

train_step = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cross_entropy)

## 设置数据,否则会报错mnist is not defined
mnist = input_data.read_data_sets('MNIST_data/', one_hot=True)
# init = tf.initialize_all_variables()

init = tf.global_variables_initializer()

os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2' 

sess = tf.Session()
sess.run(init)

for i in range(1000):
  batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(100)
  sess.run(train_step, feed_dict={x: batch_xs, y_: batch_ys})
  
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y,1), tf.argmax(y_,1))

accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, "float"))

print(sess.run(accuracy, feed_dict={x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels}))

    原文作者:Bgwan
    原文地址: https://zhuanlan.zhihu.com/p/57866894
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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