读书笔记:手写数字识别 ← 斋藤康毅

news2024/10/6 18:20:15

求解机器学习问题的步骤可以分为“学习”和“推理”两个阶段。
本例假设“学习”阶段已经完成,并将学习到的权重和偏置参数保存在pickle文件sample_weight.pkl中。至于是如何学习的,斋藤康毅指出会在后续章节详述。之后,使用学习到的权重和偏置参数,进行“推理”阶段的操作。
在“手写数字识别”项目中,所谓“推理”,即使用学习到的权重和偏置参数,对输入数据进行分类。

“手写数字识别”项目的代码含 
mnist.py、neuralnet_mnist.py 及 sample_weight.pkl 等3个文件,它们位于同一文件夹下。项目创建及执行主要有两步,如下所示。
一、首先,在任一文件夹中新建
mnist.py 文件,内容如下:

try:
    import urllib.request
except ImportError:
    raise ImportError('You should use Python 3.x')
import os.path
import gzip
import pickle
import os
import numpy as np


url_base = 'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/'
key_file = {
    'train_img':'train-images-idx3-ubyte.gz',
    'train_label':'train-labels-idx1-ubyte.gz',
    'test_img':'t10k-images-idx3-ubyte.gz',
    'test_label':'t10k-labels-idx1-ubyte.gz'
}

dataset_dir = os.path.dirname(os.path.abspath('__file__'))
save_file = dataset_dir + "/mnist.pkl"

train_num = 60000
test_num = 10000
img_dim = (1, 28, 28)
img_size = 784


def _download(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name
    
    if os.path.exists(file_path):
        return

    print("Downloading " + file_name + " ... ")
    urllib.request.urlretrieve(url_base + file_name, file_path)
    print("Done")
    
def download_mnist():
    for v in key_file.values():
       _download(v)
        
def _load_label(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name
    
    print("Converting " + file_name + " to NumPy Array ...")
    with gzip.open(file_path, 'rb') as f:
            labels = np.frombuffer(f.read(), np.uint8, offset=8)
    print("Done")
    
    return labels

def _load_img(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name
    
    print("Converting " + file_name + " to NumPy Array ...")    
    with gzip.open(file_path, 'rb') as f:
            data = np.frombuffer(f.read(), np.uint8, offset=16)
    data = data.reshape(-1, img_size)
    print("Done")
    
    return data
    
def _convert_numpy():
    dataset = {}
    dataset['train_img'] =  _load_img(key_file['train_img'])
    dataset['train_label'] = _load_label(key_file['train_label'])    
    dataset['test_img'] = _load_img(key_file['test_img'])
    dataset['test_label'] = _load_label(key_file['test_label'])
    
    return dataset

def init_mnist():
    download_mnist()
    dataset = _convert_numpy()
    print("Creating pickle file ...")
    with open(save_file, 'wb') as f:
        pickle.dump(dataset, f, -1)
    print("Done!")

def _change_one_hot_label(X):
    T = np.zeros((X.size, 10))
    for idx, row in enumerate(T):
        row[X[idx]] = 1
        
    return T
    

def load_mnist(normalize=True, flatten=True, one_hot_label=False):
    """读入MNIST数据集
    
    Parameters
    ----------
    normalize : 将图像的像素值正规化为0.0~1.0
    one_hot_label : 
        one_hot_label为True的情况下,标签作为one-hot数组返回
        one-hot数组是指[0,0,1,0,0,0,0,0,0,0]这样的数组
    flatten : 是否将图像展开为一维数组
    
    Returns
    -------
    (训练图像, 训练标签), (测试图像, 测试标签)
    """
    if not os.path.exists(save_file):
        init_mnist()
        
    with open(save_file, 'rb') as f:
        dataset = pickle.load(f)
    
    if normalize:
        for key in ('train_img', 'test_img'):
            dataset[key] = dataset[key].astype(np.float32)
            dataset[key] /= 255.0
            
    if one_hot_label:
        dataset['train_label'] = _change_one_hot_label(dataset['train_label'])
        dataset['test_label'] = _change_one_hot_label(dataset['test_label'])
    
    if not flatten:
         for key in ('train_img', 'test_img'):
            dataset[key] = dataset[key].reshape(-1, 1, 28, 28)

    return (dataset['train_img'], dataset['train_label']), (dataset['test_img'], dataset['test_label']) 


if __name__ == '__main__':
    init_mnist()

初次运行 mnist.py 文件时,会下载 MNIST 数据集,所以需要保证网络畅通
由于连接的是 
MNIST handwritten digit database, Yann LeCun, Corinna Cortes and Chris Burges,经验表明一般早上下载时网速好一些。
执行 mnist.py 文件时,会有如下提示信息:

Downloading train-images-idx3-ubyte.gz ... 
Done
Downloading train-labels-idx1-ubyte.gz ... 
Done
Downloading t10k-images-idx3-ubyte.gz ... 
Done
Downloading t10k-labels-idx1-ubyte.gz ... 
Done
Converting train-images-idx3-ubyte.gz to NumPy Array ...
Done
Converting train-labels-idx1-ubyte.gz to NumPy Array ...
Done
Converting t10k-images-idx3-ubyte.gz to NumPy Array ...
Done
Converting t10k-labels-idx1-ubyte.gz to NumPy Array ...
Done
Creating pickle file ...
Done!

运行 mnist.py 文件后,会在mnist.py 文件所在的文件夹下看到 MNIST 数据集所含的 'train-images-idx3-ubyte.gz'、'train-labels-idx1-ubyte.gz'、't10k-images-idx3-ubyte.gz'、't10k-labels-idx1-ubyte.gz' 等四个文件,以及生成的 mnist.pkl 文件。

若想查看 mnist.pkl 文件的内容,可运行如下代码:

import pickle
f=open('mnist.pkl','rb')
data=pickle.load(f)
print(data)

之后,可看到 mnist.pkl 文件的内容如下:

{

'train_img': array([[0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       ...,
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0]], dtype=uint8), 

'train_label': array([5, 0, 4, ..., 5, 6, 8], dtype=uint8), 

'test_img': array([[0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       ...,
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, ..., 0, 0, 0]], dtype=uint8), 

'test_label': array([7, 2, 1, ..., 4, 5, 6], dtype=uint8)

}


二、将 neuralnet_mnist.py 文件及 sample_weight.pkl 文件复制到 mnist.py 文件所在的文件夹下。其中,neuralnet_mnist.py 文件的内容如下:

import sys, os
sys.path.append(os.pardir)  # 为了导入父目录的文件而进行的设定
import numpy as np
import pickle
from mnist import load_mnist

def sigmoid(x):
    return 1 / (1 + np.exp(-x))

def softmax(x):
    if x.ndim == 2:
        x = x.T
        x = x - np.max(x, axis=0)
        y = np.exp(x) / np.sum(np.exp(x), axis=0)
        return y.T 
    x = x - np.max(x)
    return np.exp(x) / np.sum(np.exp(x))


def get_data():
    (x_train, t_train), (x_test, t_test) = load_mnist(normalize=True, flatten=True, one_hot_label=False)
    return x_test, t_test


def init_network():
    with open("sample_weight.pkl", 'rb') as f:
        network = pickle.load(f)
    return network


def predict(network, x):
    W1, W2, W3 = network['W1'], network['W2'], network['W3']
    b1, b2, b3 = network['b1'], network['b2'], network['b3']

    a1 = np.dot(x, W1) + b1
    z1 = sigmoid(a1)
    a2 = np.dot(z1, W2) + b2
    z2 = sigmoid(a2)
    a3 = np.dot(z2, W3) + b3
    y = softmax(a3)

    return y


x, t = get_data()
network = init_network()
accuracy_cnt = 0
for i in range(len(x)):
    y = predict(network, x[i])
    p= np.argmax(y) # 获取概率最高的元素的索引
    if p == t[i]:
        accuracy_cnt += 1

print("Accuracy:" + str(float(accuracy_cnt) / len(x)))

运行 neuralnet_mnist.py 文件后,会得到运行结果:Accuracy:0.9352,表示有93.52%的数据被正确分类了
至此,一个识别精度达到93.52%的“手写数字识别”的神经网络就构建完成了。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

● 若想显示 MNIST 图像,同时也确认一下数据,则可用下面的 mnist_show.py 进行。下面的 mnist_show.py 代码执行后将显示第一张训练图像。

import sys, os
sys.path.append(os.pardir)  # 为了导入父目录的文件而进行的设定
import numpy as np
from mnist import load_mnist
from PIL import Image


def img_show(img):
    pil_img = Image.fromarray(np.uint8(img))
    pil_img.show()

(x_train, t_train), (x_test, t_test) = load_mnist(flatten=True, normalize=False)

img = x_train[0]
label = t_train[0]
print(label)  # 5

print(img.shape)  # (784,)
img = img.reshape(28, 28)  # 把图像的形状变为原来的尺寸
print(img.shape)  # (28, 28)

img_show(img)

● 若想实现高速运算,则可引入“批处理”技巧。下面的 neuralnet_mnist_batch.py 给出了对 MNIST 数据集进行“批处理”的代码。

import sys, os
sys.path.append(os.pardir)  # 为了导入父目录的文件而进行的设定
import numpy as np
import pickle
from mnist import load_mnist

def sigmoid(x):
    return 1 / (1 + np.exp(-x))

def softmax(x):
    if x.ndim == 2:
        x = x.T
        x = x - np.max(x, axis=0)
        y = np.exp(x) / np.sum(np.exp(x), axis=0)
        return y.T 
    x = x - np.max(x)
    return np.exp(x) / np.sum(np.exp(x))



def get_data():
    (x_train, t_train), (x_test, t_test) = load_mnist(normalize=True, flatten=True, one_hot_label=False)
    return x_test, t_test


def init_network():
    with open("sample_weight.pkl", 'rb') as f:
        network = pickle.load(f)
    return network


def predict(network, x):
    w1, w2, w3 = network['W1'], network['W2'], network['W3']
    b1, b2, b3 = network['b1'], network['b2'], network['b3']

    a1 = np.dot(x, w1) + b1
    z1 = sigmoid(a1)
    a2 = np.dot(z1, w2) + b2
    z2 = sigmoid(a2)
    a3 = np.dot(z2, w3) + b3
    y = softmax(a3)

    return y


x, t = get_data()
network = init_network()

batch_size = 100 # 批数量
accuracy_cnt = 0

for i in range(0, len(x), batch_size):
    x_batch = x[i:i+batch_size]
    y_batch = predict(network, x_batch)
    p = np.argmax(y_batch, axis=1)
    accuracy_cnt += np.sum(p == t[i:i+batch_size])

print("Accuracy:" + str(float(accuracy_cnt) / len(x)))


 

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/169698.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Allegro如何利用Create Bound Shape自动画铜皮操作指导

Allegro如何利用Create Bound Shape自动画铜皮操作指导 在做PCB设计的时候,画铜皮操作是时常需要用到的操作,对于非常规角度画铜皮是个比较麻烦的事情,在Allegro升级到了172版本的时候,有个Create Bound Shape命令,画异形铜皮十分快捷,如下图 贴着过孔的边缘画弧形的铜皮…

【进击的算法】基础算法——回溯算法

🍿本节主题:回溯算法 🎈更多算法:深入聊聊KMP算法 💕我的主页:蓝色学者的个人主页 文章目录一、前言二、概念三、例题1.题目:全排列2.解题思路回溯算法的本质问题1:问题2&#xff1a…

linux 解压命令------超详细

目录 一、前期准备: 二、安装finalShell并与虚拟机进行连接 三、上传数据到虚拟机 四、解压命令练习 1. 解压zip包 unzip apache-maven-3.6.3-bin.zip 2. 解压tar.gz包 tar -zxvf sqoop-1.4.7.bin__hadoop-2.6.0.tar.gz 一、前期准备: 1.final…

Redis命令及其数据类型详解

前面的文章我们讲解过关于Redis的安装: 手把手教你Linux下安装部署Redis,今天我们具体的讲一下Redis的命令及其5种数据类型 Redis命令 Redis命令用于在redis服务上来执行某些特定操作。 这里我们以Linux下的操作为例: 进入到我们Redis的bin目录下&am…

企业档案信息化规划总体框架

按照《中华人民共和国档案法》《企业档案管理规定》《企业档案工作规范》《企业数字档案馆(室)建设指南》等政策文件要求,企业档案信息化建设应从基础设施体系、应用系统体系、档案资源体系、标准规范体系、安全保障体系、组织人才体系六方面…

ARM公司发展史

1. 前言 当前,X86和ARM架构是公认的在商业化进程中表现最优秀的两大架构。之前我们已经介绍了X86架构,今天介绍另一个在近十年大火的架构,ARM。 ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine&#x…

【Java】【系列篇】【Spring源码解析】【二】【整体】【Spring整体流程解析】

本篇文章的目的是希望对Spring运行有个整体上的了解,后面的文章都是基于此12大步骤 读完这篇文章,你可以了解到: 1.spring运行的大致流程,他在这个期间做了哪些事 2.xml方式和注解方式载入BeanDifinition的时机一、Spring的运行的…

AgentTesla 掀起攻击全球各地企业的浪潮

大量带有恶意附件的电子邮件发送到南美洲与欧洲的企业。从 2022 年 8 月 12 日开始针对西班牙、葡萄牙、罗马尼亚和南美洲多个国家的企业进行发送,后续针对德国与阿根廷的企业发起了更大规模的攻击,迄今为止已经发送了超过 26000 封邮件。 感染链 攻击…

[MRCTF2020]Ez_bypass

目录 信息收集 代码审计 第一个判断 第二层判断 传参方式 补充说明 信息收集 打开靶场页面显示给出提示 I put something in F12 for you include flag.php; $flagMRCTF{xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx}; if(isset($_GET[gg])&&isset($_GET[id])) { $id$_GET[i…

大数据技术架构(组件)6——Hive:流程剖析3

1.1.3、Statistics Job从OperatorTree生成Job的过程:1、对输出表生成MoveTask2、从OperatorTree中的一个根节点向下深度优先遍历3、ReduceSinkOperator标识Map/Reduce界限,多个Job间的界限4、遍历其他根节点,遇到JoinOpeartor合并MapReduceTask5、生成St…

JavaWeb-RequestResponse

JavaWeb-Request&Response 1,Request和Response的概述 Request是请求对象,Response是响应对象。这两个对象在我们使用Servlet的时候有看到: 此时,我们就需要思考一个问题request和response这两个参数的作用是什么? requ…

放假第一二天

假期 # 生活 # 水文 每年放假回家都会发生很多有意义或者说有意思、开心、喜庆的事情,而在我孩童时期那只能是一段段回忆;至于现在则是我朋友圈众多记录中的一条。 但是,从现在开始我想尝试尝试在发朋友圈的基础上再加一个文字叙述&#xff…

C语言:函数

往期文章 C语言:初识C语言C语言:分支语句和循环语句 目录往期文章前言1. 函数是什么2. 库函数3. 自定义函数4. 函数的参数5. 函数的调用6. 函数的嵌套调用和链式访问6.1 函数嵌套调用6.2 函数的链式访问7. 函数的声明和定义8. 函数的递归后记前言 今天…

什么是无线网桥?全方位解析无线网桥及应用场景

欢迎来到东用知识小课堂!1.无线网桥介绍无线网桥的主要用途就是用于桥接两个网络,它可以取代网线,在不方便布线的环境或是无法挖沟埋管,环境已经既定无法再去破坏的环境当中通过无线微波的传输方式,进行网络、视频、数…

Android ViewModel,Lifecycles和LiveData组件讲解

文章目录一、ViewModelViewModel基本用法向ViewModel传递参数二、Lifecycles三、LiveDataLiveData的基本用法map和switchMapJetPack是一个开发组件工具集,他的主要目的是帮助我们编写出更加简洁的代码,并简化我们的开发过程。JetPack中的组件有一个特点&…

【C++11】右值引用

右值引用是C11中才被提出来的新概念,而以前的版本中也有引用,但是是指的左值引用。归根结底,左右值引用都是给对象取别名。 1.区分左值和右值 提起左值和右值很多小伙伴可能第一时间会有点小蒙圈,敲了好长时间代码了,对…

【Java基础】—— Java简介(超详细整理,适合新手入门)

​ “作者 久绊A” 专注记录自己所整理的Java、web、sql等,IT技术干货、学习经验、面试资料、刷题记录,以及遇到的问题和解决方案,记录自己成长的点滴。 写给小白看的入门级 Java 基本语法,需要掌握哪些知识点? Java涵盖的知识点…

1个 30多年程序员的生涯经验总结

有人说:一个人从1岁活到80岁很平凡,但如果从80岁倒着活,那么一半以上的人都可能不凡。 生活没有捷径,我们踩过的坑都成为了生活的经验,这些经验越早知道,你要走的弯路就会越少。 在我30多年的程序员生涯里…

部分iphone、安卓手机打开微信小程序不请求、白页问题

前言: 最近项目上发现用户测试小程序体验版打开一直白页,请求没反应,页面不渲染。开始以为是微信小程序某api问题,或者用户微信版本过低,或者用户网络不好,甚至考虑是不是服务器问题!因为后端是…

vue3中如何使用JSX?

在绝大多数情况下&#xff0c;Vue 推荐使用模板<template>语法来创建应用。 在 Vue 3 的项目开发中&#xff0c;template 是 Vue 3 默认的写法。虽然 template 长得很像 HTML&#xff0c;但 Vue 其实会把 template 解析为 render 函数&#xff0c;之后&#xff0c;组件运…