Python-Tensorflow2.3.0-线性回归预测(学习笔记)

该博客介绍了如何使用TensorFlow2.3.0在Python环境下进行线性回归模型的构建与训练。首先,通过生成带有噪声的线性数据集;然后,定义模型、损失函数及梯度下降优化器;接着,进行模型训练并观察参数变化;最后,展示训练结果并用模型进行预测。整个过程展示了机器学习的基本流程。

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编译器环境:win10-Anaconda3-python3.6-tensorflow2.3.0

Tensorflow进行算法设计与训练的核心步骤:

目录

1.准备数据

2.构建模型

3.训练模型

4.结果可视化

5.利用模型进行预测


1.准备数据

单变量的线性方程可以表示为:

                                                       y=w*x+b

生成人工数据集,随机生成一个近似采样随机分布,使得W=2.0,b=1,并加入一个振幅为0.4的噪声。

#在Jupter中,使用matplotlib显示图像需要设置为inline
%matplotlib inline

import tensorflow as tf #载入库函数 tensorflow 
import numpy as #npnumpy 
import matplotlib.pyplot as plt   #matplotlib.pyplot

#设置随机数种子
np.random.seed(5)

#直接采用np生成等差数列的方法,生成100个(-1,1)点
x_data=np.linspace(-1,1,100)

#y=2x+1+噪声
y_data=2*x_data+1.0+np.random.randn(*x_data.shape)*0.4

#显示散点
plt.scatter(x_data,y_data)
#显示直线
plt.plot(x_data,2*x_data+1.0,color='red',linewidth=3)

 

2.构建模型

#定义训练数据的占位符,x为特征值(变量),y是标签值(函数值)
tf.compat.v1.disable_eager_execution()#用tf.compat.v1.来兼容tensorflow版本1的方法。
x=tf.compat.v1.placeholder("float",name="x")
y=tf.compat.v1.placeholder("float",name="y")
#定义模型函数
def model(x,w,b):
    return tf.multiply(x,w)+b

#构建线性函数的斜率和截距,都为变量,tf.Variable为变量声明函数
w=tf.Variable(1.0,name="w0")
b=tf.Variable(0.0,name="b0")

#预测值,向前计算
pred=model(x,w,b)

3.训练模型

#设置训练参数:迭代次数、学习率
train_epochs=10
learning_rate=0.05

#采用均方差为损失函数
loss_function=tf.reduce_mean(tf.square(y-pred))
#定义优化器Optimizer
optimizer=tf.compat.v1.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss_function)

#声明会话
sess=tf.compat.v1.Session()
#变量初始化
init=tf.compat.v1.global_variables_initializer()
sess.run(init)

#开始学习
for epoch in range(train_epochs):
    for xs,ys in zip(x_data,y_data):
        _,loss=sess.run([optimizer,loss_function],feed_dict={x:xs,y:ys})
        b0temp=b.eval(session=sess)
        w0temp=w.eval(session=sess)
        plt.plot(x_data,w0temp*x_data+b0temp)
print("w:",sess.run(w))
print("b:",sess.run(b))

输出结果:

从结果可以看出,随着迭代次数的增加,训练模型越接近y=2x+1。

4.结果可视化

plt.scatter(x_data,y_data,label='Original data')
plt.plot(x_data,x_data*sess.run(w)+sess.run(b),\
        label='Fitted line',color='r',linewidth=3)
plt.legend(loc=2)#通过参数loc指定图例的位置

5.利用模型进行预测

x_test=3.21

predict=sess.run(pred,feed_dict={x:x_test})
print("预测值:%f"%predict)
target=2*x_test+1
print("目标值:%f"%target)

输出结果:

预测值:7.405184
目标值:7.420000

python源代码

#在Jupter中,使用matplotlib显示图像需要设置为inline
%matplotlib inline

import tensorflow as tf #载入库函数 tensorflow 
import numpy as np#numpy 
import matplotlib.pyplot as plt   #matplotlib.pyplot

#设置随机数种子
np.random.seed(5)

#直接采用np生成等差数列的方法,生成100个(-1,1)点
x_data=np.linspace(-1,1,100)

#y=2x+1+噪声
y_data=2*x_data+1.0+np.random.randn(*x_data.shape)*0.4

plt.scatter(x_data,y_data)
plt.plot(x_data,2*x_data+1.0,color='red',linewidth=3)

#定义训练数据的占位符,x为特征值(变量),y是标签值(函数值)
tf.compat.v1.disable_eager_execution()#用tf.compat.v1.来兼容tensorflow版本1的方法。
x=tf.compat.v1.placeholder("float",name="x")
y=tf.compat.v1.placeholder("float",name="y")
#定义模型函数
def model(x,w,b):
    return tf.multiply(x,w)+b

#构建线性函数的斜率和截距,都为变量,tf.Variable为变量声明函数
w=tf.Variable(1.0,name="w0")
b=tf.Variable(0.0,name="b0")

#预测值,向前计算
pred=model(x,w,b)

#设置训练参数:迭代次数、学习率
train_epochs=10
learning_rate=0.05

#采用均方差为损失函数
loss_function=tf.reduce_mean(tf.square(y-pred))
#定义优化器Optimizer
optimizer=tf.compat.v1.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss_function)

#声明会话
sess=tf.compat.v1.Session()
#变量初始化
init=tf.compat.v1.global_variables_initializer()
sess.run(init)

#开始学习
for epoch in range(train_epochs):
    for xs,ys in zip(x_data,y_data):
        _,loss=sess.run([optimizer,loss_function],feed_dict={x:xs,y:ys})
        b0temp=b.eval(session=sess)
        w0temp=w.eval(session=sess)
        plt.plot(x_data,w0temp*x_data+b0temp)
print("w:",sess.run(w))
print("b:",sess.run(b))

plt.scatter(x_data,y_data,label='Original data')
plt.plot(x_data,x_data*sess.run(w)+sess.run(b),\
        label='Fitted line',color='r',linewidth=3)
plt.legend(loc=2)#通过参数loc指定图例的位置

x_test=3.21

predict=sess.run(pred,feed_dict={x:x_test})
print("预测值:%f"%predict)
target=2*x_test+1
print("目标值:%f"%target)

 

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