Tensorflow(六)使用LSTM对MNIST数据集进行分类

本文介绍了如何使用TensorFlow实现LSTM对MNIST手写数字数据集进行分类。通过理解LSTM的基础和工作原理,结合代码示例详细阐述了数据预处理、LSTM网络模型构建以及训练过程。

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对于RNN和LSTM不了解的朋友,可以去看看这两篇入门介绍,写的非常棒,在此特别感谢两位作者!!

RNN入门:https://zhuanlan.zhihu.com/p/28054589

LSTM入门:http://colah.github.io/posts/2015-08-Understanding-LSTMs

本文参照了:https://jasdeep06.github.io/posts/Understanding-LSTM-in-Tensorflow-MNIST/ 对这篇文章结合自己的理解作出翻译。

 

1.MNIST数据集结构

  1. Training data(mnist.train)-55000 个训练数据集
  2. Test data(mnist.test)-10000 个测试数据集
  3. Validation data(mnist.validation)-5000个验证数据集

每个类别又分为了images和labels,也就是图片以及标签,每张图片都是(28*28*1)的,数据集中将图片的特征值压缩为(number,784)。LSTMs通常适用于复杂的序列问题像自然语言处理这类的问题,但这种问题本身就不太好理解,我们的主要目标是去理解LSTMs在tensorflow中具体实现细节,比如处理输入格式,LSTM的cell运作以及对网络模型的整体设计。MNIST就是一个不错的选择。

 

2.Implementation

首先给出一张RNN网络图,理解了这张图再去实现代码就会更直观。

  1. xt 代表了每个时间节点的输入
  2. st 代表了在t时间点的隐藏单元 这也成为网络的记忆 memory
  3. ot 代表每个时间点的输出
  4. U,V and W 是每个时间点都共享的参数࿰
在Python中使用LSTM(长短时记忆网络)对MNIST数据集进行分类是一种常见的深度学习任务。MNIST是一个手写数字识别的数据集,适合初学者入门深度学习。以下是基于Keras库的一个简单示例: 首先,确保安装了必要的库,如TensorFlow、NumPy和Keras: ```bash pip install tensorflow numpy keras ``` 接下来,我们可以开始编写代码: ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras import layers, models from tensorflow.keras.datasets import mnist from tensorflow.keras.utils import to_categorical # 加载并预处理MNIST数据 (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data() x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0 # 归一化像素值 y_train, y_test = to_categorical(y_train, 10), to_categorical(y_test, 10) # 数据reshape用于LSTM输入 x_train = x_train.reshape(-1, 28, 28, 1) x_test = x_test.reshape(-1, 28, 28, 1) # 构建LSTM模型 model = models.Sequential() model.add(layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1))) model.add(layers.MaxPooling2D((2, 2))) model.add(layers.Flatten()) model.add(layers.Dense(128, activation='relu')) model.add(layers.LSTM(64)) # 添加LSTM层 model.add(layers.Dense(10, activation='softmax')) # 输出层,10个节点对应10个类别 # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) # 训练模型 history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10, validation_split=0.2) # 测试模型 test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test) print(f"Test accuracy: {test_acc}")
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