tensorflow(1)---归一化

(1)归一化是属于预处理阶段的操作

 

(2)归一化所在库sklearn.processing中

(3)归一化是对数据中x进行转化,y不动(x为原始数据,y为分类标签)

(4)归一化是把数据每列变换到差不多的数量级

(5)为什么归一化:

以线性回归y=w1*x1+w2*x2为例(不考虑偏置bias),假设x1为年龄(10,20,30,40),x2为收入(10000,20000,30000,40000),此时数量级x2>>x1(远远大于)。y不变,数量级w1>>w2,在梯度下降求线性回归时,第一步初始化w的值不容易确定,并且对于损失函数来说

 如图,损失函数椭圆中心点为最优解,在循环中,w2很容易便达到了预期点,并在周围徘徊等待其他维度,这样可能会使整体迭代时间很长。

(6)怎么归一化:

                最大最小值归一化:\frac{x_{ij}-min(x_{j})}{max(x_{j})-min(x_{j}))},xij为所有行所有列中最大的数据(全局最大),min(xj)为每一列最小值,max(xj)为每一列最大值

                优点:一定可以缩放到0-1之间

                缺点:只用了最大值和最小值来做归一化,如果最大值或最小值是异常值,会非常不均匀

                方差归一化:每个值除以每一列的方差

                优点:因为是用方差,而方差其实用了一列的所有数据来算出来的,所以可以减轻异常值的影响

                缺点:不一定会把数据缩放到0到1之间

                均值归一化:每一个值去减去所在一列的均值

                目的:也是可以用于减小数量级的,更重要的目的是使得我们的数据有正有负

(7)总结归一化好处:

用了归一化,可以使我们的W调整的方向更趋近于沿着直线方向去走

用了归一化,可以使得我们找到更小损失,更好的局部最优解

### TensorFlow 实现多层感知机(MLP)入门教程 多层感知机(Multilayer Perceptron, MLP)是一种经典的前馈神经网络模型,能够通过多层的神经元和激活函数学习并逼近复杂的非线性函数[^2]。在深度学习领域,MLP 是理解神经网络基本原理的重要工具之一。以下是一个使用 TensorFlow 框架实现 MLP 的完整教程。 --- #### 1. 环境准备与数据加载 首先需要安装 TensorFlow,并加载 MNIST 数据集作为训练和测试数据。MNIST 数据集包含手写数字的灰度图像,每张图片为 28x28 像素,标签为 0-9 的数字类别。 ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras import layers, models import numpy as np # 加载 MNIST 数据集 (x_train, y_train), (x_test, y_test) = tf.keras.datasets.mnist.load_data() # 数据预处理:将像素值归一化到 [0, 1] 范围,并调整形状 x_train = x_train.astype('float32') / 255.0 x_test = x_test.astype('float32') / 255.0 x_train = np.expand_dims(x_train, -1) # 添加通道维度,形状变为 (batch_size, 28, 28, 1) x_test = np.expand_dims(x_test, -1) # 将标签转换为 one-hot 编码 y_train = tf.keras.utils.to_categorical(y_train, 10) y_test = tf.keras.utils.to_categorical(y_test, 10) ``` --- #### 2. 搭建模型 定义一个 MLP 模型,包含输入层、隐藏层和输出层。隐藏层通常使用 ReLU 激活函数,而输出层使用 Softmax 激活函数进行分类。 ```python class MLP(models.Model): def __init__(self): super(MLP, self).__init__() self.flatten = layers.Flatten() # 将输入展平为一维向量 self.dense1 = layers.Dense(128, activation='relu') # 第一层全连接层,128 个神经元 self.dense2 = layers.Dense(64, activation='relu') # 第二层全连接层,64 个神经元 self.output_layer = layers.Dense(10, activation='softmax') # 输出层,10 个神经元对应 10 类 def call(self, inputs): x = self.flatten(inputs) x = self.dense1(x) x = self.dense2(x) return self.output_layer(x) model = MLP() ``` --- #### 3. 配置模型 配置模型的优化器、损失函数和评估指标。对于分类任务,常用的损失函数是交叉熵损失。 ```python # 使用 Adam 优化器,学习率设为 0.001 optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.001) # 定义损失函数为分类交叉熵 loss_function = tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy() # 配置模型 model.compile(optimizer=optimizer, loss=loss_function, metrics=['accuracy']) ``` --- #### 4. 训练模型 使用 `fit` 方法对模型进行训练,指定训练轮数(epochs)和批量大小(batch size)。 ```python # 训练模型 history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10, batch_size=32, validation_split=0.2) ``` --- #### 5. 验证模型 在测试集上评估模型性能,并绘制训练过程中的损失和准确率变化曲线。 ```python # 在测试集上评估模型 test_loss, test_accuracy = model.evaluate(x_test, y_test) print(f"Test Loss: {test_loss}, Test Accuracy: {test_accuracy}") # 绘制训练曲线 import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(history.history['loss'], label='Train Loss') plt.plot(history.history['val_loss'], label='Validation Loss') plt.legend() plt.show() plt.plot(history.history['accuracy'], label='Train Accuracy') plt.plot(history.history['val_accuracy'], label='Validation Accuracy') plt.legend() plt.show() ``` --- #### 6. 总结 通过上述步骤,可以成功构建并训练一个基于 TensorFlow 的多层感知机模型。该模型可以用于 MNIST 手写数字识别任务,同时也可以扩展到其他分类问题中[^1]。 ---
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