keras mnist 1

本文介绍了一种使用Keras框架实现的卷积神经网络(CNN)模型,用于MNIST手写数字数据集的分类任务。模型包含多个卷积层、池化层、全连接层及Dropout层,通过训练提高识别准确率。
from __future__ import print_function
import numpy as np
np.random.seed(1337)
from keras.datasets import mnist
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Dropout, Activation, Flatten
from keras.layers import Convolution2D, MaxPooling2D
from keras.utils import np_utils
from keras import backend as K
import keras.backend.tensorflow_backend as KTF
import tensorflow as tf

batch_size = 128
nb_classes = 10
nb_epoch = 12

img_rows, img_cols = 28, 28
nb_filters = 32
pool_size = (2,2)
kernel_size = (3,3)
(X_train, y_train), (X_test, y_test) = mnist.load_data()

X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0], img_rows, img_cols, 1)
X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0], img_rows, img_cols, 1)
input_shape = (img_rows, img_cols, 1)
X_train = X_train.astype('float32')
X_test = X_test.astype('float32')
X_train /= 255
X_test /= 255

Y_train = np_utils.to_categorical(y_train, nb_classes)
Y_test = np_utils.to_categorical(y_test, nb_classes)
# 建立序贯模型
model = Sequential()

model.add(Convolution2D(nb_filters, kernel_size[0] ,kernel_size[1],border_mode='valid',input_shape=input_shape))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Convolution2D(nb_filters, kernel_size[0], kernel_size[1]))
model.add(Activation('relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=pool_size))
model.add(Dropout(0.25))
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(nb_classes))
model.add(Activation('softmax'))


config = tf.ConfigProto()
config.gpu_options.allow_growth = True  # 不全部占满显存, 按需分配
config.gpu_options.per_process_gpu_memory_fraction = 0.6  #限制GPU内存占用率

sess = tf.Session(config=config)
KTF.set_session(sess)  # 设置session
    
model.summary()
model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer='adadelta',metrics=['accuracy'])
model.fit(X_train, Y_train, batch_size=batch_size, nb_epoch=nb_epoch,verbose=1, validation_data=(X_test, Y_test))

score = model.evaluate(X_test, Y_test, verbose=1)
print('Test score:', score[0])
print('Test accuracy:', score[1])

 

### Keras 框架训练 MNIST 手写数字识别模型的教程 #### 数据准备与预处理 MNIST 数据集是一个包含手写数字图片的数据集,通常用于图像分类任务。在使用 Keras 时,可以通过内置模块直接加载该数据集,并进行必要的预处理操作。 首先导入所需的库: ```python import numpy as np from keras.datasets import mnist from keras.utils import to_categorical ``` 接下来加载 MNIST 数据集并对其进行预处理: ```python # 加载 MNIST 数据集 (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data() # 对输入数据进行归一化处理 x_train = x_train.astype('float32') / 255.0 x_test = x_test.astype('float32') / 255.0 # 将输入数据从二维转换为四维,以适应卷积神经网络的要求 x_train = x_train.reshape((x_train.shape[0], 28, 28, 1)) x_test = x_test.reshape((x_test.shape[0], 28, 28, 1)) # 对标签进行 one-hot 编码 y_train = to_categorical(y_train) y_test = to_categorical(y_test) ``` #### 构建卷积神经网络模型 Keras 提供了 `Sequential` 模型来简化深度学习模型的构建过程。以下是一个简单的卷积神经网络结构: ```python from keras.models import Sequential from keras.layers import Conv2D, MaxPooling2D, Flatten, Dense, Dropout model = Sequential() # 添加第一个卷积层 model.add(Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1))) # 添加池化层 model.add(MaxPooling2D((2, 2))) # 添加第二个卷积层 model.add(Conv2D(64, (3, 3), activation='relu')) # 再次添加池化层 model.add(MaxPooling2D((2, 2))) # 展平输出以便连接全连接层 model.add(Flatten()) # 添加全连接层 model.add(Dense(64, activation='relu')) # 使用 Dropout 防止过拟合 model.add(Dropout(0.5)) # 可以调整 dropout 的比例 # 输出层(对应 10 个类别) model.add(Dense(10, activation='softmax')) # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) ``` #### 训练模型 使用 `fit()` 方法对模型进行训练: ```python # 开始训练模型 history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10, batch_size=128, validation_split=0.2) ``` #### 评估模型 训练完成后,可以使用测试集评估模型性能: ```python test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test) print(f'Test accuracy: {test_acc}') ``` #### 保存和加载模型 训练完成后的模型可以保存到磁盘,以便后续使用或部署: ```python # 保存整个模型 model.save('mnist_cnn_model.h5') # 加载模型 from keras.models import load_model loaded_model = load_model('mnist_cnn_model.h5') ``` #### 结果展示 可以使用 Matplotlib 等库可视化训练过程中损失值和准确率的变化情况: ```python import matplotlib.pyplot as plt # 绘制训练过程中的准确率变化 plt.plot(history.history['accuracy'], label='Train Accuracy') plt.plot(history.history['val_accuracy'], label='Validation Accuracy') plt.xlabel('Epochs') plt.ylabel('Accuracy') plt.legend() plt.show() # 绘制训练过程中的损失值变化 plt.plot(history.history['loss'], label='Train Loss') plt.plot(history.history['val_loss'], label='Validation Loss') plt.xlabel('Epochs') plt.ylabel('Loss') plt.legend() plt.show() ``` 通过上述步骤,即可完成基于 KerasMNIST 手写数字识别模型的训练、评估和保存工作。这种方法不仅适用于学术研究,也适合实际应用场景中的快速开发与部署[^4]。 ---
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