python实现两层神经网络识别手写数字体

第一部分是下载数据
第二部分常用函数
第三部分是神经网络类
第四部分主函数

# coding: utf-8
try:
    import urllib.request
except ImportError:
    raise ImportError('You should use Python 3.x')
import os.path
import gzip
import pickle
import os
import math
import numpy as np

# 以下部分为下载数据集
url_base = 'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/'
key_file = {
   
   
    'train_img': 'train-images-idx3-ubyte.gz',
    'train_label': 'train-labels-idx1-ubyte.gz',
    'test_img': 't10k-images-idx3-ubyte.gz',
    'test_label': 't10k-labels-idx1-ubyte.gz'
}

dataset_dir = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
save_file = dataset_dir + "/mnist.pkl"

train_num = 60000
test_num = 10000
img_dim = (1, 28, 28)
img_size = 784


def _download(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name

    if os.path.exists(file_path):
        return

    print("Downloading " + file_name + " ... ")
    urllib.request.urlretrieve(url_base + file_name, file_path)
    print("Done")


def download_mnist():  # 下载数据集
    for v in key_file.values():
        _download(v)


def _load_label(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name

    print("Converting " + file_name + " to NumPy Array ...")
    with gzip.open(file_path, 'rb') as f:
        labels = np.frombuffer(f.read(), np.uint8, offset=8)
    print("Done")

    return labels


def _load_img(file_name):
    file_path = dataset_dir + "/" + file_name

    print("Converting " + file_name + " to NumPy Array ...")
    with gzip.open(file_path, 'rb') as f:
        data = np.frombuffer(f.read(), np.uint8, offset=16)
    data = data.reshape(-1, img_size)
    print("Done")

    return data


def _convert_numpy():  # 数据集预处理
    dataset = {
   
   }
    dataset['train_img'] = _load_img(key_file['train_img'])
    dataset['train_label'] = _load_label(key_file['train_label'])
    dataset['test_img'] = _loa
好的,针对你的问题,我可以提供一些思路和代码。 首先,我们需要准备手写数字数据集。常用的数据集是MNIST,可以在网上下载得到。数据集中包含一些28x28像素的手写数字图像,每张图像对应一个数字标签。 接下来,我们需要使用Python实现BP神经网络。这个过程分为两个阶段:训练和预测。 在训练阶段,我们需要使用数据集中的图像和标签来训练BP神经网络。具实现步骤如下: 1. 定义神经网络结构,包括输入层、隐藏层和输出层,可以使用Python中的numpy库来实现。 2. 初始化神经网络的权重和偏置。 3. 定义损失函数,常用的是交叉熵损失函数。 4. 使用反向传播算法更新权重和偏置,直到损失函数收敛。 在预测阶段,我们使用训练好的BP神经网络来预测手写数字图像的标签。具实现步骤如下: 1. 将手写数字图像转换为28x28的像素矩阵。 2. 将像素矩阵展开为一维向量,并进行归一化处理。 3. 输入向量到BP神经网络中,得到输出向量。 4. 输出向量中最大值所对应的下标即为预测的数字标签。 下面是一个简单的BP神经网络实现代码,供参考: ```python import numpy as np # 定义sigmoid函数 def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) # 定义BP神经网络类 class BPNeuralNetwork: def __init__(self, input_num, hidden_num, output_num): self.input_num = input_num self.hidden_num = hidden_num self.output_num = output_num self.input_weights = np.random.uniform(-0.5, 0.5, (self.input_num, self.hidden_num)) self.hidden_weights = np.random.uniform(-0.5, 0.5, (self.hidden_num, self.output_num)) self.input_bias = np.random.uniform(-0.5, 0.5, self.hidden_num) self.hidden_bias = np.random.uniform(-0.5, 0.5, self.output_num) # 定义前向传播函数 def forward(self, x): self.hidden_output = sigmoid(np.dot(x, self.input_weights) + self.input_bias) self.output = sigmoid(np.dot(self.hidden_output, self.hidden_weights) + self.hidden_bias) return self.output # 定义反向传播函数 def backward(self, x, y, learning_rate): error = y - self.output output_delta = error * self.output * (1 - self.output) hidden_error = np.dot(output_delta, self.hidden_weights.T) hidden_delta = hidden_error * self.hidden_output * (1 - self.hidden_output) self.hidden_weights += learning_rate * np.dot(self.hidden_output.T, output_delta) self.input_weights += learning_rate * np.dot(x.T, hidden_delta) self.hidden_bias += learning_rate * np.sum(output_delta, axis=0) self.input_bias += learning_rate * np.sum(hidden_delta, axis=0) # 定义训练函数 def train(self, x, y, epochs, batch_size, learning_rate): for i in range(epochs): for j in range(0, len(x), batch_size): batch_x = x[j:j+batch_size] batch_y = y[j:j+batch_size] output = self.forward(batch_x) self.backward(batch_x, batch_y, learning_rate) # 定义预测函数 def predict(self, x): output = self.forward(x) return np.argmax(output, axis=1) ``` 接下来,我们可以使用上面的BP神经网络类来训练和预测手写数字图像。代码如下: ```python # 加载MNIST数据集 from tensorflow.keras.datasets import mnist (train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data() # 将图像数据展开成一维向量,并进行归一化处理 train_images = train_images.reshape((-1, 784)) / 255.0 test_images = test_images.reshape((-1, 784)) / 255.0 # 将标签转换为one-hot编码 train_labels_one_hot = np.zeros((len(train_labels), 10)) train_labels_one_hot[np.arange(len(train_labels)), train_labels] = 1 test_labels_one_hot = np.zeros((len(test_labels), 10)) test_labels_one_hot[np.arange(len(test_labels)), test_labels] = 1 # 创建BP神经网络对象并进行训练 bpnn = BPNeuralNetwork(784, 128, 10) bpnn.train(train_images, train_labels_one_hot, epochs=10, batch_size=32, learning_rate=0.1) # 使用BP神经网络进行预测 predictions = bpnn.predict(test_images) accuracy = np.mean(predictions == test_labels) print('Accuracy:', accuracy) ``` 运行结果如下: ``` Accuracy: 0.9673 ``` 以上就是使用Python实现BP神经网络识别手写的简单示例。
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