用TensorFlow搭建神经网络

这篇博客详细介绍了如何使用tf.keras构建不同类型的神经网络,包括线性回归、多层神经网络(回归、二分类、多分类)以及利用函数式API实现多输入模型。同时,还讲解了在TensorFlow 1.0版本中使用tf.Session()进行会话管理、变量与placeholder操作,并通过tensorboard进行神经网络的可视化。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
%matplotlib

1 tf.keras

import tensorflow as tf
tf.__version__  # 2.2.0版本

1.1 tf.keras 实现线性回归

import pandas as pd
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

data = pd.read_csv('dataset/income.csv')
sns.lmplot(x='Education', y='Income', data=data)
x = data.Education
y = data.Income
model = tf.keras.Sequential()
model.add(
	tf.keras.layers.Dense(1, input_shape=(1,))
)
model.summary()
model.compile(optimizer='adam', loss='mse')
model.fit(x, y, epochs=500)

1.2 多层神经网络——回归

from sklearn.datasets import load_boston
import pandas as pd

boston = load_boston()
data = pd.DataFrame(boston.data, columns=boston.feature_names)
data['PRICE'] = boston.target
x = data.iloc[:, :-1]
y = data.iloc[:, -1]
model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(10, input_shape=(13,), activation='relu'), 
    tf.keras.layers.Dense(1)
])
model.summary()
model.compile(optimizer='adam', loss='mse')
model.fit(x, y, epochs=1000)

1.3 多层神经网络——二分类

from sklearn.datasets import load_breast_cancer

breast_cancer = load_breast_cancer()

data = pd.DataFrame(breast_cancer.data, columns=breast_cancer.feature_names)
data['label'] = breast_cancer.target
X = data.iloc[:, :-1]
y = data.iloc[:,-1]
y.value_counts()
model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(10, input_shape=(30,), activation='relu'),
    tf.keras.layers.Dense(10, activation='relu'),
    tf.keras.layers.Dense(1, activation='sigmoid')
])
model.summary()
model.compile(optimizer='adam', 
              loss='binary_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])
history = model.fit(X, y, epochs=100)
history.history.keys()  # >> dict_keys(['loss', 'accuracy'])
import matplotlib.pyplot as plt

plt.plot(history.history.get('loss'))
# plt.plot(history.history.get('accuracy'))

1.4 多层神经网络——多分类

# fashion_mnist数据集

fashion_mnist = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

(X_train, y_train), (X_test, y_test) = fashion_mnist
X_train.shape, y_train.shape
# 查看随机10个样本图片
import matplotlib
### 使用 TensorFlow 构建图像识别神经网络模型 构建一个基于TensorFlow的图像识别神经网络涉及多个步骤,包括数据准备、模型定义、编译以及训练等过程。下面提供了一个简单的卷积神经网络(CNN)实例来完成这一目标[^1]。 #### 数据集获取与预处理 为了简化流程,可以利用Keras内置的数据集功能加载常用测试图片库,比如CIFAR-10: ```python from tensorflow.keras.datasets import cifar10 import tensorflow as tf (x_train, y_train), (x_test, y_test) = cifar10.load_data() # 归一化输入像素值到 [0, 1] 范围内 x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0 ``` #### 定义CNN架构 创建一个基础版本的卷积神经网络结构如下所示: ```python model = tf.keras.models.Sequential([ # 第一层卷积层加最大池化层 tf.keras.layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(32, 32, 3)), tf.keras.layers.MaxPooling2D((2, 2)), # 添加更多卷积层和池化层... # 展平操作以便连接全连接层 tf.keras.layers.Flatten(), # 全连接隐藏层 tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu'), # 输出层采用softmax激活函数分类十个类别 tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax') ]) ``` #### 编译并配置优化器及损失函数 设置Adam作为优化算法,并指定交叉熵为多类别的损失计算方式: ```python model.compile(optimizer='adam', loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy']) ``` #### 训练模型 通过调用`fit()`方法启动训练循环,在此期间调整参数直至达到预期性能水平: ```python history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10, validation_data=(x_test, y_test)) ``` 上述代码片段展示了如何快速搭建起一套基本框架来进行图像识别任务的学习[^1]。当然实际应用中还需要考虑更多的细节和技术手段提升效果。
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