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项目概述

本案例使用经典的MNIST手写数字数据集，通过Keras构建全连接神经网络，实现0-9数字的分类识别。文章将包含：

• 关键概念图解
• 完整实现代码
• 训练过程可视化
• 模型效果深度分析

环境准备

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers
from sklearn.metrics import confusion_matrix
import seaborn as sns

三、数据加载与探索

3.1 加载数据集

# 加载内置MNIST数据集
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = keras.datasets.mnist.load_data()

print("训练集形状:", x_train.shape)  
print("测试集形状:", x_test.shape)   

Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/mnist.npz
11490434/11490434 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 5s 0us/step
训练集形状: (60000, 28, 28)
测试集形状: (10000, 28, 28)

可以看到图像是28*28，每张图像一共有784个像素点。

3.2 数据可视化

plt.figure(figsize=(10,5))
for i in range(15):
    plt.subplot(3,5,i+1)
    plt.imshow(x_train[i], cmap='gray')
    plt.title(f"Label: {
     y_train[i]}")
    plt.axis('off')
plt.tight_layout()
plt.savefig('mnist_samples.png', dpi=300)
plt.show()

四、数据预处理

4.1 数据归一化

# 将像素值缩放到0-1范围
x_train = x_train.astype("float32") / 255
x_test = x_test.astype("float32") / 255

# 将图像展平为784维向量
x_train = x_train.reshape(-1,