【人工智能原理自学】初识Keras:轻松完成神经网络模型搭建

news2024/11/18 10:31:25

😊你好,我是小航,一个正在变秃、变强的文艺倾年。
🔔笔记来自B站UP主Ele实验室的《小白也能听懂的人工智能原理》。
🔔本文讲解初识Keras:轻松完成神经网络模型搭建,一起卷起来叭!

目录

  • 一、“矩阵、向量”
  • 二、Keras
  • 三、代码实现

一、“矩阵、向量”

在这里插入图片描述

在之前我们都是将每个元素做运算,这样做看着费时费力,现在我们从万物皆向量的角度重新看待这个问题,用向量的运算去表示线性函数。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
现在我们使用代码来实现以上过程:

🔨之前的代码:

import numpy as np
import dataset
import plot_utils

m = 100
xs, ys = dataset.get_beans(m)
print(xs)
print(ys)

plot_utils.show_scatter(xs, ys)

w1 = 0.1
w2 = 0.2
b = 0.1

## [[a,b][c,d]]
## x1s[a,c]
## x2s[b,d]
## 逗号,区分的是维度,冒号:区分的是索引,省略号… 用来代替全索引长度
# 在所有的行上,把第0列切割下来形成一个新的数组
x1s = xs[:, 0]
x2s = xs[:, 1]

# 前端传播
def forward_propgation(x1s, x2s):
    z = w1 * x1s + w2 * x2s + b
    a = 1 / (1 + np.exp(-z))
    return a

plot_utils.show_scatter_surface(xs, ys, forward_propgation)

for _ in range(500):
    for i in range(m):
        x = xs[i] ## 豆豆特征
        y = ys[i] ## 豆豆是否有毒
        x1 = x[0]
        x2 = x[1]

        a = forward_propgation(x1, x2)

        e = (y - a) ** 2

        deda = -2 * (y - a)
        dadz = a * (1 - a)
        dzdw1 = x1
        dzdw2 = x2
        dzdb = 1

        dedw1 = deda * dadz * dzdw1
        dedw2 = deda * dadz * dzdw2
        dedb = deda * dadz * dzdb

        alpha = 0.01
        w1 = w1 - alpha * dedw1
        w2 = w2 - alpha * dedw2
        b = b - alpha * dedb

plot_utils.show_scatter_surface(xs, ys, forward_propgation)

🔨使用向量矩阵后的代码:

import numpy as np
import dataset
import plot_utils

m = 100
X, Y = dataset.get_beans(m)
print(X)
print(Y)

plot_utils.show_scatter(X, Y)

# w1 = 0.1
# w2 = 0.2
W = np.array([0.1, 0.1])
# b = 0.1
B = np.array([0.1])

# 前端传播
def forward_propgation(X):
    # z = w1 * x1s + w2 * x2s + b
    # ndarray的dot函数:点乘运算
    # ndarray的T属性:转置运算
    Z = X.dot(W.T) + B
    # a = 1 / (1 + np.exp(-z))
    A = 1 / (1 + np.exp(-Z))
    return A

plot_utils.show_scatter_surface(X, Y, forward_propgation)

for _ in range(500):
    for i in range(m):
        Xi = X[i] ## 豆豆特征
        Yi = Y[i] ## 豆豆是否有毒

        A = forward_propgation(Xi)

        E = (Yi - A) ** 2

        dEdA = -2 * (Yi - A)
        dAdZ = A * (1 - A)
        dZdW = Xi
        dZdB = 1

        dEdW = dEdA * dAdZ * dZdW
        dEdB = dEdA * dAdZ * dZdB

        alpha = 0.01
        W = W - alpha * dEdW
        B = B - alpha * dEdB

plot_utils.show_scatter_surface(X, Y, forward_propgation)

二、Keras

在这里插入图片描述
诚如你所见,你恰好发现了 Keras。Keras 是一个用 Python 编写的高级神经网络 API,它能够以 TensorFlow, CNTK, 或者 Theano 作为后端运行。Keras 的开发重点是支持快速的实验。能够以最小的时延把你的想法转换为实验结果,是做好研究的关键。

🔗参考链接:Keras官网

🔨 环境准备:

安装Tensorflow和Keras:

pip install keras -i https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
pip install tensorflow -i https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/

🔗参考链接:tensorflow和keras版本对应关系

在这里插入图片描述

🔗如果遇到ddl缺失问题,我们只需要去微软的官网下载一个Visual C++软件包:参考链接

在这里插入图片描述

三、代码实现

我们对上述过程代码实现:

🔨豆豆数据集模拟:dataset.py

import numpy as np

def get_beans(counts):
	xs = np.random.rand(counts,2)*2
	ys = np.zeros(counts)
	for i in range(counts):
		x = xs[i]
		if (x[0]-0.5*x[1]-0.1)>0:
			ys[i] = 1
	return xs,ys

def get_beans1(counts):
	xs = np.random.rand(counts)
	xs = np.sort(xs)
	ys = np.zeros(counts)
	for i in range(counts):
		x = xs[i]
		yi = 0.7*x+(0.5-np.random.rand())/50+0.5
		if yi > 0.8:
			ys[i] = 1
		else:
			ys[i] = 0
	return xs,ys

def get_beans2(counts):
	xs = np.random.rand(counts)*2
	xs = np.sort(xs)
	ys = np.zeros(counts)
	for i in range(counts):
		x = xs[i]
		yi = 0.7*x+(0.5-np.random.rand())/50+0.5
		if yi > 0.8 and yi < 1.4:
			ys[i] = 1


	return xs,ys

def get_beans3(counts):
	xs = np.random.rand(counts)*2
	xs = np.sort(xs)
	ys = np.zeros(counts)
	for i in range(counts):
		x = xs[i]
		yi = 0.7*x+(0.5-np.random.rand())/50+0.5
		if yi > 0.8 and yi < 1.4:
			ys[i] = 1

		if yi > 1.6 and yi < 1.8:
			ys[i] = 1
	return xs,ys

def get_beans4(counts):
	xs = np.random.rand(counts,2)*2
	ys = np.zeros(counts)
	for i in range(counts):
		x = xs[i]
		if (np.power(x[0]-1,2)+np.power(x[1]-0.3,2))<0.5:
			ys[i] = 1


	return xs,ys

🔨绘图工具:plot_utils.py

import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import numpy as np
from keras.models import Sequential#导入keras


def show_scatter_curve(X,Y,pres):
	plt.scatter(X, Y) 
	plt.plot(X, pres) 
	plt.show()

def show_scatter(X,Y):
	if X.ndim>1:
		show_3d_scatter(X,Y)
	else:
		plt.scatter(X, Y) 
		plt.show()


def show_3d_scatter(X,Y):
	x = X[:,0]
	z = X[:,1]
	fig = plt.figure()
	ax = Axes3D(fig)
	ax.scatter(x, z, Y)
	plt.show()

def show_surface(x,z,forward_propgation):
	x = np.arange(np.min(x),np.max(x),0.1)
	z = np.arange(np.min(z),np.max(z),0.1)
	x,z = np.meshgrid(x,z)
	y = forward_propgation(X)
	fig = plt.figure()
	ax = Axes3D(fig)
	ax.plot_surface(x, z, y, cmap='rainbow')
	plt.show()



def show_scatter_surface(X,Y,forward_propgation):
	if type(forward_propgation) == Sequential:
		show_scatter_surface_with_model(X,Y,forward_propgation)
		return
	x = X[:,0]
	z = X[:,1]
	y = Y

	fig = plt.figure()
	ax = Axes3D(fig)
	ax.scatter(x, z, y)

	x = np.arange(np.min(x),np.max(x),0.1)
	z = np.arange(np.min(z),np.max(z),0.1)
	x,z = np.meshgrid(x,z)

	X = np.column_stack((x[0],z[0]))
	for j in range(z.shape[0]):
		if j == 0:
			continue
		X = np.vstack((X,np.column_stack((x[0],z[j]))))

	r = forward_propgation(X)
	y = r[0]
	if type(r) == np.ndarray:
		y = r

	
	y = np.array([y])
	y = y.reshape(x.shape[0],z.shape[1])
	ax.plot_surface(x, z, y, cmap='rainbow')
	plt.show()

def show_scatter_surface_with_model(X,Y,model):
	#model.predict(X)

	x = X[:,0]
	z = X[:,1]
	y = Y

	fig = plt.figure()
	ax = Axes3D(fig)
	ax.scatter(x, z, y)

	x = np.arange(np.min(x),np.max(x),0.1)
	z = np.arange(np.min(z),np.max(z),0.1)
	x,z = np.meshgrid(x,z)



	X = np.column_stack((x[0],z[0]))

	for j in range(z.shape[0]):
		if j == 0:
			continue
		X = np.vstack((X,np.column_stack((x[0],z[j]))))

	y = model.predict(X)
	
	# return
	# y = model.predcit(X)
	y = np.array([y])
	y = y.reshape(x.shape[0],z.shape[1])
	ax.plot_surface(x, z, y, cmap='rainbow')
	plt.show()

def pre(X,Y,model):
	model.predict(X)

🔨 第一批豆豆:

import dataset
import plot_utils
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense

m = 100
X, Y = dataset.get_beans1(m)
plot_utils.show_scatter(X, Y)

model = Sequential()
# 当前层神经元的数量为1,激活函数类型:sigmoid,输入数据特征维度:1
model.add(Dense(units=1, activation='sigmoid', input_dim=1))
# loss(损失函数、代价函数):mean_squared_error均方误差;
# optimizer(优化器):sgd(随机梯度下降算法);
# metrics(评估标准):accuracy(准确度);
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd', metrics=['accuracy'])
# epochs:回合数(全部样本完成一次训练)、batch_size:批数量(一次训练使用多少个样本)
model.fit(X, Y, epochs=5000, batch_size=10)

pres = model.predict(X)

plot_utils.show_scatter_curve(X, Y, pres)

🚩训练结果:
在这里插入图片描述
🔨 第二批豆豆:

import dataset
import plot_utils
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from keras.optimizers import SGD

m = 100
X, Y = dataset.get_beans2(m)
plot_utils.show_scatter(X, Y)

model = Sequential()
model.add(Dense(units=2, activation='sigmoid', input_dim=1))
model.add(Dense(units=1, activation='sigmoid'))
# 调整学习率为0.05
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer=SGD(lr=0.05), metrics=['accuracy'])
model.fit(X, Y, epochs=5000, batch_size=10)

pres = model.predict(X)

plot_utils.show_scatter_curve(X, Y, pres)

🚩训练结果:
在这里插入图片描述
🔨 第三批豆豆:

import dataset
import plot_utils
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from keras.optimizers import SGD

m = 100
X, Y = dataset.get_beans(m)
plot_utils.show_scatter(X, Y)

model = Sequential()
# 当前层神经元的数量为1,激活函数类型:sigmoid,输入数据特征维度:2
model.add(Dense(units=1, activation='sigmoid', input_dim=2))
# loss(损失函数、代价函数):mean_squared_error均方误差;
# optimizer(优化器):sgd(随机梯度下降算法);
# metrics(评估标准):accuracy(准确度);
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer=SGD(lr=0.05), metrics=['accuracy'])
# epochs:回合数(全部样本完成一次训练)、batch_size:批数量(一次训练使用多少个样本)
model.fit(X, Y, epochs=5000, batch_size=10)

pres = model.predict(X)

plot_utils.show_scatter_surface(X, Y, model)

🚩豆豆毒性分布:
在这里插入图片描述
🚩训练结果:
在这里插入图片描述
🔨 第四批豆豆:

import dataset
import plot_utils
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from keras.optimizers import SGD

m = 100
X, Y = dataset.get_beans(m)
plot_utils.show_scatter(X, Y)

model = Sequential()
# 当前层神经元的数量为2,激活函数类型:sigmoid,输入数据特征维度:2
model.add(Dense(units=2, activation='sigmoid', input_dim=2))
model.add(Dense(units=1, activation='sigmoid'))
# loss(损失函数、代价函数):mean_squared_error均方误差;
# optimizer(优化器):sgd(随机梯度下降算法);
# metrics(评估标准):accuracy(准确度);
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer=SGD(lr=0.05), metrics=['accuracy'])
# epochs:回合数(全部样本完成一次训练)、batch_size:批数量(一次训练使用多少个样本)
model.fit(X, Y, epochs=5000, batch_size=10)

pres = model.predict(X)

plot_utils.show_scatter_surface(X, Y, model)

🚩豆豆毒性分布:
在这里插入图片描述
🚩训练结果:
在这里插入图片描述

📌 [ 笔者 ]   文艺倾年
📃 [ 更新 ]   2023.1.19
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限,本文有错误和不准确之处在所难免,
              本人也很想知道这些错误,恳望读者批评指正!
🔍 [ 代码 ]   https://github.com/itxaiohanglover/ai_lesson

在这里插入图片描述

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/172840.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

Eureka入门

Eureka入门Eureka入门什么是Eureka构建项目demo服务拆分远程调用创建Pom聚合工程Eureka使用搭建注册中心注册服务远程调用出现的问题Eureka入门 什么是Eureka Eureka是SpringCloud提供的注册中心&#xff0c;用来解决微服务之间远程调用问题&#xff0c;如&#xff1a; 消费…

交通流的微观模型研究(Matlab代码实现)

&#x1f4a5;&#x1f4a5;&#x1f49e;&#x1f49e;欢迎来到本博客❤️❤️&#x1f4a5;&#x1f4a5; &#x1f3c6;博主优势&#xff1a;&#x1f31e;&#x1f31e;&#x1f31e;博客内容尽量做到思维缜密&#xff0c;逻辑清晰&#xff0c;为了方便读者。 ⛳️座右铭&a…

Redis原理篇(四)内存回收

Redis之所以性能强&#xff0c;最主要原因是基于内存存储。但是单节点的Redis其内存大小不宜过大&#xff0c;会影响持久化或主从同步性能。 可以通过配置文件来设置最大内存 # maxmemory <bytes> maxmemory 1gb一、过期策略 可以通过expire命令给Redis的key设置TTL …

【C++算法图解专栏】一篇文章带你掌握高精度加减乘除运算

✍个人博客&#xff1a;https://blog.csdn.net/Newin2020?spm1011.2415.3001.5343 &#x1f4e3;专栏定位&#xff1a;为 0 基础刚入门数据结构与算法的小伙伴提供详细的讲解&#xff0c;也欢迎大佬们一起交流~ &#x1f4da;专栏地址&#xff1a;https://blog.csdn.net/Newin…

Java 异常 笔记

异常体系结构 异常分为Error和Exception。Error通常是灾难性错误&#xff0c;一般发生时&#xff0c;JVM选择终止程序执行&#xff1b;Exception通常可在程序中进行处理&#xff0c;尽量避免 Exception分支中有一个重要子类RuntimeException&#xff0c;运行时异常 ArrayInd…

数据库,计算机网络、操作系统刷题笔记34

数据库&#xff0c;计算机网络、操作系统刷题笔记34 2022找工作是学历、能力和运气的超强结合体&#xff0c;遇到寒冬&#xff0c;大厂不招人&#xff0c;可能很多算法学生都得去找开发&#xff0c;测开 测开的话&#xff0c;你就得学数据库&#xff0c;sql&#xff0c;oracle…

深入理解Promise

Promise的前提概念 Promise是一个构造函数&#xff0c;用来生成Promise实例 Promise构造函数接受一个函数作为参数&#xff0c;该函数有两个参数&#xff0c;分别是resolve和reject resolve&#xff1a;成功时的回调 reject&#xff1a;失败时的回调 Promise分别有三个状态 1…

行人属性识别研究综述(一)

文章目录摘要1、简介2 问题的表述和挑战3 标准3.1 数据集3.2 评价标准4 行人属性识别的常规流程4.1 多任务学习4.2 多标签学习5 深度神经网络&#x1f407;&#x1f407;&#x1f407;&#x1f407;&#x1f407;&#x1f407;&#x1f407; 欢迎阅读 【AI浩】 的博客&#x1f…

C#上位机基础学习_基于S7.Net实现读取S7-1500PLC中的字符串变量

C#上位机基础学习_基于S7.Net实现读取S7-1500PLC中的字符串变量 如下图所示,首先在TIA博途中创建一个项目,添加一个1500PLC,添加一个DB块,在DB块中添加几个字符串变量, 如下图所示,打开Visual Studio 2019,新建一个项目,在Form1中添加一个按钮和一个文本框, 如下图…

linux——高级信号

高级信号的收发发&#xff1a;siquequ收&#xff1a;sigaction() 包含三个元素num,sigaction()函数&#xff0c;备份num ->signumsigaction是一个结构体&#xff0c;需额外配置再传进来备份直接忽略&#xff0c;代表不需要备份sigaction结构体又包含四个元素sa_handler&…

Git进阶:修改上次提交 git commit --amend

一、问题说明 git commit 后&#xff0c;发现刚才的备注写错了&#xff0c;或者代码漏掉了&#xff0c;这时我们肯定是想取消刚才的提交。此刻有两种方法 &#xff08;1&#xff09;使用git reset命令将刚才的提交会退掉。需要注意的是git reset --soft 和git reset --hard的区…

【附源码】国内首届Discord场景创意编程开源项目

以下开源项目是由环信联合华为举办的《国内首届Discord场景创意编程赛》作品&#xff0c;附源码&#xff0c;一键即用。 一、 模拟器游戏直播-新新人类 新新人类模拟器游戏直播基于环信超级社区Demo构建&#xff0c;增加以“video-x”命名的新型Channel&#xff0c;用户可在本…

Java三目运算符导致 NPE

在三目运算符中&#xff0c;表达式 1 和 2 在涉及算术计算或数据类型转换时&#xff0c;会触发自动拆箱。当其中的操作数为 null 值时&#xff0c;会导致 NPE 。 一、基础知识 三目运算符 三目运算符是 Java 语言中的重要组成部分&#xff0c;它也是唯一有 3 个操作数的运算…

Linux常用命令——tempfile命令

在线Linux命令查询工具(http://www.lzltool.com/LinuxCommand) tempfile shell中给临时文件命名 补充说明 有时候在写Shell脚本的时候需要一些临时存储数据的才做&#xff0c;最适合存储临时文件数据的位置就是/tmp&#xff0c;因为该目录中所有的内容在系统重启后就会被清…

LInux(三)程序地址空间、内存管理

目录 一、程序地址空间 二、内存管理方式 1、分段式内存管理 2、分页式内存管理 3、段页式内存管理 三、关于内存管理内容补充&#xff08;分页式&#xff09; 1、页表简单呈现 2、访问权限位 3、缺页中断 4.内存置换算法 一、程序地址空间 创建父子进程同时访问同一变量…

正式发布丨Azure OpenAI Service

Azure OpenAI 服务现已在微软全球 Azure 平台正式发布&#xff0c;这是微软人工智能大众化以及与 OpenAI 持续合作的又一里程碑。 大型语言模型正迅速成为用户无限创新、应用 AI 解决重要问题的平台。随着 Azure OpenAI 服务的正式发布&#xff0c;更多企业用户可以访问世界先…

在线支付系列【5】支付安全之数字证书

有道无术&#xff0c;术尚可求&#xff0c;有术无道&#xff0c;止于术。 文章目录公钥信任问题数字证书颁发流程使用流程SSL数字证书HTTPSSSL/TLS 证书如何申请SSL 证书使用keytool 生成ssl证书通信过程公钥信任问题 之前我们使用对称、非对称加密、信息摘要、数字签名&#…

DPDK系列之一基础环境搭建

一、DPDK是什么 DPDK,Data Plane Development Kit&#xff0c;数据平面开发套装&#xff0c;它还有一个兄弟SPDK&#xff0c;专门用来做存储优化的。它主要运行于Linux&#xff0c;是由Intel几家公司共同开发&#xff0c;用于快速处理数据的一个网络开发工具套装。更详细的说明…

python数据清洗1

数据获取——》数据清洗——》数据转换——》数据分析 通过设置步长&#xff0c;有间隔的取元素通过设置步长为-1&#xff0c;将元素颠倒 数据清洗工具 目前在Python中, numpy和pandas是最主流的工具。 Numpy中的向量化运算使得数据处理变得高效&#xff1b;Pandas提供了大量…

【Java入门】Java数据类型

✅作者简介&#xff1a;CSDN内容合伙人、阿里云专家博主、51CTO专家博主、新星计划第三季python赛道Top1&#x1f3c6; &#x1f4c3;个人主页&#xff1a;hacker707的csdn博客 &#x1f525;系列专栏&#xff1a;Java入门 &#x1f4ac;个人格言&#xff1a;不断的翻越一座又一…