深度学习笔记——深度学习框架TensorFlow之MLP(十四)

MLP多层感知器的使用,多层感知器,常用来做分类,效果非常好,比如文本分类,效果比SVM和bayes好多了。

感知器学习算法基本介绍

  1. 单层感知器:
    感知器(Single Layer Perceptron)是最简单的神经网络,它包含输入层和输出层,而输入层和输出层是直接相连的。
    这里写图片描述
    上图是一个单层感知器,很简单的结构,输入层和输出层直接相连。
    下面介绍一下如何计算输出端:
    这里写图片描述
    利用格式1计算输出层,首先,计算输出层中,每一个输入端和其上的权值相乘,然后将这些乘积相加,得到乘积和。对于这个乘积和做如下处理,如果乘积和大于临界值(一般是0),输入端就取1;如果小于临界值,就取-1。
    利用单层感知器,我们可以提供快速的计算,它能够实现逻辑计算中的NOT,OR,AND等简单计算。
  2. 多层感知器(Multi-Layer Perceptrons)
    MLP是最简单也是最常见的一种神经网络结构,它是所有其他神经网络结构的基础。
    这里写图片描述
    这里写图片描述
    MLP神经网络是常见的ANN算法,它是由一个输入层,一个输出层和一个或多个隐藏层组成。
    在MLP中的所有神经元都差不多,每个神经元都有几个输入(连接前一层)神经元和输出(连接后一层)神经元,该神经元将相同值传递给与之相连的多个输出神经元。
    一个神经网络训练网将一个特征向量作为输入,将该向量传递到隐藏层,然后通过权重和激励函数来计算结果,并将结果传递给下一层,直到最后传递给输出层才结束。
  3. 接下来构造一个2层的多层感知器,其中relu可以换成tanh或者sigmoid
    比如
tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(X,w_h),b))#WX+B
def multilayer_perceptron(_X,_weights,_biases):
    layer1 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(_X,_weights['h1']),_biases['b1']))#Hidden layer with relu activation
    layer2 = tf.nn.relu(tf.matmul(layer1,_weigts['h2']),_biases['b2']))#Hidden layer with Relu activation
    return tf.matmul(layer2,_weights['out'])+_biases['out']
#Store layers weight & biases
weights = {
    'h1':tf.Variable(tf.random_normal([n_input,256]))
    'h2':tf.Variable(tf.random_normal([256,256]))
    'out':tf.Variable(tf.random_normal([256,10]))
}
biases = {
    'b1':tf.Variable(tf.random_normal([256])),
    'b2':tf.Variable(tf.random_normal([256])),
    'out':tf.Variable(tf.random_normal([10]))
}

或者修改成使用sigmoid

def multilayer_perceptron(_X,_weights,_biases):
    layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(_X,_weights['h1']),_biases['b1']))
    layer_2 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(layer_1,_weights['h2']),_biases['b2']))
    return tf.matmul(layer_2,_weights['out'])+_biases['out']

linear——线性感知器
tanh——双曲正切函数
sigmoid——双曲函数
softmax
log-softmax
exp——指数函数
softplus——log(1+e(wi*xi))
3. 代码实现:

'''
@author: smile
'''
import tensorflow as tf
import data.input_data as input_data
from pyexpat import features
mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/",one_hot=True)
learning_rate = 0.001
training_epochs = 15
batch_size = 100
display_step = 1
#NetWork parameters
n_hidden_1 = 256#1st layer num features
n_hidden_2 = 256#2nd layer num features
n_input = 784
n_classses = 10

x = tf.placeholder("float", [None,n_input])
y = tf.placeholder("float",[None,n_classses])

def multilayer_perceptron(_X,_weights,_biases):
    layer1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(_X, _weights['h1']), _biases['b1']))
    layer2 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(layer1,_weights['h2']),_biases['b2']))
    return tf.matmul(layer2,_weights['out'])+_biases['out']

weights = {
    'h1':tf.Variable(tf.random_normal([n_input,n_hidden_1])),
    'h2':tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1,n_hidden_2])),
    'out':tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2,n_classses]))
}
biases = {
    'b1':tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])),
    'b2':tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_2])),
    'out':tf.Variable(tf.random_normal([n_classses]))
}
pred = multilayer_perceptron(x, weights, biases)
cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y, logits=pred))

optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=learning_rate).minimize(cost)
init = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    #Training cycle
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0.
        total_batch = int(mnist.train._num_examples/batch_size)
        for i in range(total_batch):
            batch_xs,batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            sess.run(optimizer, feed_dict={x: batch_xs, y: batch_ys})
            avg_cost += sess.run(cost, feed_dict={x: batch_xs, y: batch_ys})/total_batch
        if epoch % display_step == 0:
            print("Epoch:", '%04d' % (epoch+1), "cost=", "{:.9f}".format(avg_cost))
    print("Optimization Finished!")
    correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(pred, 1), tf.argmax(y, 1))
    # Calculate accuracy
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, "float"))
    print("Accuracy:", accuracy.eval({x: mnist.test.images, y: mnist.test.labels}))
### 如何搭建深度学习框架 #### Keras环境安装与配置 为了能够顺利使用Keras进行开发,需要先完成Python环境的设置并安装必要的依赖包。推荐采用Anaconda作为管理工具,它能简化虚拟环境管理和软件包安装的过程。 1. 安装Anaconda或Miniconda 2. 创建一个新的Conda环境用于隔离不同项目的依赖关系 3. 使用`pip`或者`conda`命令来安装最新版本的TensorFlow(带有内置支持Keras) ```bash conda create -n keras_env python=3.9 conda activate keras_env pip install tensorflow ``` #### 配置Jupyter Notebook集成 对于交互式的编程体验来说,在完成了上述基础环境构建之后,可以进一步考虑将工作流迁移到更友好的界面——比如Jupyter笔记本环境中去: ```bash pip install jupyterlab jupyter lab ``` 这一步骤使得开发者可以在浏览器内编写代码片段、执行单元测试以及可视化数据处理流程[^1]。 #### 示例教程:基于MNIST手写数字识别的任务实现 下面给出一段简单的例子展示怎样利用Keras创建一个多层感知机(MLP)来进行图像分类任务。此案例选用经典的MNIST数据库作为训练集和验证集。 ```python import numpy as np from tensorflow import keras from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import Dense, Dropout from tensorflow.keras.datasets import mnist # 加载数据集 (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data() # 数据预处理 x_train = x_train.reshape((60000, 784)) x_test = x_test.reshape((10000, 784)) x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0 num_classes = 10 y_train = keras.utils.to_categorical(y_train, num_classes) y_test = keras.utils.to_categorical(y_test, num_classes) # 构建模型结构 model = Sequential([ Dense(512, activation='relu', input_shape=(784,)), Dropout(0.2), Dense(num_classes, activation='softmax') ]) # 编译模型 model.compile(loss="categorical_crossentropy", optimizer="adam", metrics=["accuracy"]) # 训练模型 history = model.fit( x_train, y_train, batch_size=128, epochs=5, validation_split=0.2 ) # 测试模型性能 test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test) print(f'Test accuracy: {test_acc}') ``` 这段脚本展示了如何定义一个具有两层全连接层的简单神经网络,并对其进行编译、拟合操作直至最终评估其表现效果。整个过程体现了Keras简洁高效的API设计哲学,让初学者也能迅速上手实践机器学习算法
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