Tensorflow怎么使用

这篇文章主要讲解了“Tensorflow怎么使用”,文中的讲解内容简单清晰,易于学习与理解,下面请大家跟着小编的思路慢慢深入,一起来研究和学习“Tensorflow怎么使用”吧!

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Tensorflow graphs

Tensorflow是基于graph的并行计算模型。关于graph的理解可以参考官方文档。举个例子,计算a=(b+c)∗(c+2)a=(b + c) * (c + 2)a=(b+c)∗(c+2),我们可以将算式拆分成一下:

d = b + c
e = c + 2
a = d * e

转换成graph后的形式为:

> 讲一个简单的算式搞成这样确实大材小用,但是我们可以通过这个例子发现:$d = b + c$和$e = c + 2$是不相关的,也就是可以**并行计算**。对于更复杂的CNN和RNN,graph的并行计算的能力将得到更好的展现。

实际中,基于Tensorflow构建的三层(单隐层)神经网络如下图所示:

![这里写图片描述](http://adventuresinmachinelearning.com/wp-content/uploads/2017/03/TensorFlow-data-flow-graph.gif) **Tensorflow data flow graph**

上图中,圆形或方形的节点被称为node,在node中流动的数据流被称为张量(tensor)。更多关于tensor的描述见官方文档。

0阶张量 == 标量
1阶张量 == 向量(一维数组)
2阶张量 == 二维数组

n阶张量 == n维数组

tensor与node之间的关系:
  如果输入tensor的维度是5000×645000 \times 645000×64,表示有5000个训练样本,每个样本有64个特征,则输入层必须有64个node来接受这些特征。

上图表示的三层网络包括:输入层(图中的input)、隐藏层(这里取名为ReLU layer表示它的激活函数是ReLU)、输出层(图中的Logit Layer)。

可以看到,每一层中都有相关tensor流入Gradient节点计算梯度,然后这些梯度tensor进入SGD Trainer节点进行网络优化(也就是update网络参数)。

Tensorflow正是通过graph表示神经网络,实现网络的并行计算,提高效率。下面我们将通过一个简单的例子来介绍TensorFlow的基础语法。

A Simple TensorFlow example

用Tensorflow计算a=(b+c)∗(c+2)a = (b + c) * (c + 2)a=(b+c)∗(c+2), 1. 定义数据:

import tensorflow as tf

# 首先,创建一个TensorFlow常量=>2
const = tf.constant(2.0, name='const')

# 创建TensorFlow变量b和c
b = tf.Variable(2.0, name='b')
c = tf.Variable(1.0, dtype=tf.float32, name='c')

如上,TensorFlow中,使用tf.constant()定义常量,使用tf.Variable()定义变量。Tensorflow可以自动进行数据类型检测,比如:赋值2.0就默认为tf.float32,但最好还是显式地定义。更多关于TensorFlow数据类型的介绍查看官方文档。
2. 定义运算(也称TensorFlow operation):

# 创建operation
d = tf.add(b, c, name='d')
e = tf.add(c, const, name='e')
a = tf.multiply(d, e, name='a')

发现了没,在TensorFlow中,+−×÷+-\times \div+−×÷都有其特殊的函数表示。实际上,TensorFlow定义了足够多的函数来表示所有的数学运算,当然也对部分数学运算进行了运算符重载,但保险起见,我还是建议你使用函数代替运算符。

**!!TensorFlow中所有的变量必须经过初始化才能使用,**初始化方式分两步:

  1. 定义初始化operation

  2. 运行初始化operation

# 1. 定义init operation
init_op = tf.global_variables_initializer()

以上已经完成TensorFlow graph的搭建,下一步即计算并输出。

运行graph需要先调用tf.Session()函数创建一个会话(session)。session就是我们与graph交互的handle。更多关于session的介绍见官方文档。

# session
with tf.Session() as sess:
	# 2. 运行init operation
	sess.run(init_op)
	# 计算
	a_out = sess.run(a)
	print("Variable a is {}".format(a_out))

值得一提的是,TensorFlow有一个极好的可视化工具TensorBoard,详见官方文档。

The TensorFlow placeholder

对上面例子的改进:使变量b可以接收任意值。TensorFlow中接收值的方式为占位符(placeholder),通过tf.placeholder()创建。

# 创建placeholder
b = tf.placeholder(tf.float32, [None, 1], name='b')
  •  

第二个参数值为[None, 1],其中None表示不确定,即不确定第一个维度的大小,第一维可以是任意大小。特别对应tensor数量(或者样本数量),输入的tensor数目可以是32、64…

现在,如果得到计算结果,需要在运行过程中feed占位符b的值,具体为将a_out = sess.run(a)改为:

np.newaxis: https://www.jianshu.com/p/78e1e281f698

a_out = sess.run(a, feed_dict={b: np.arange(0, 10)[:, np.newaxis]})

输出:

Variable a is [[  3.]
 [  6.]
 [  9.]
 [ 12.]
 [ 15.]
 [ 18.]
 [ 21.]
 [ 24.]
 [ 27.]
 [ 30.]]

A Neural Network Example

神经网络的例子,数据集为MNIST数据集。
1. 加载数据:

from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True)
  •  

one_hot=True表示对label进行one-hot编码,比如标签4可以表示为[0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0]。这是神经网络输出层要求的格式。

Setting things up

2. 定义超参数和placeholder

# 超参数
learning_rate = 0.5
epochs = 10
batch_size = 100

# placeholder
# 输入图片为28 x 28 像素 = 784
x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784])
# 输出为0-9的one-hot编码
y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])

再次强调,[None, 784]中的None表示任意值,特别对应tensor数目。

3. 定义参数w和b

# hidden layer => w, b
W1 = tf.Variable(tf.random_normal([784, 300], stddev=0.03), name='W1')
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([300]), name='b1')
# output layer => w, b
W2 = tf.Variable(tf.random_normal([300, 10], stddev=0.03), name='W2')
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([10]), name='b2')

在这里,要了解全连接层的两个参数wb都是需要随机初始化的,tf.random_normal()生成正态分布的随机数。

4. 构造隐层网络

# 计算输出
y_ = tf.nn.softmax(tf.add(tf.matmul(hidden_out, W2), b2))

上面代码对应于公式:Tensorflow怎么使用

5. 构造输出(预测值)

# 计算输出
y_ = tf.nn.softmax(tf.add(tf.matmul(hidden_out, W2), b2))

对于单标签多分类任务,输出层的激活函数都是tf.nn.softmax()。更多关于softmax的知识见维基百科。

6. BP部分—定义loss
损失为交叉熵,公式为

Tensorflow怎么使用

公式分为两步:

  1. 对n个标签计算交叉熵

  2. 对m个样本取平均

  •  

7. BP部分—定义优化算法

# 创建优化器,确定优化目标
optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=learning_rate).minimizer(cross_entropy)

TensorFlow中更多优化算法详见官方文档。

8. 定义初始化operation和准确率node

# init operator
init_op = tf.global_variables_initializer()

# 创建准确率节点
correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y, 1), tf.argmax(y_, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

correct_predicion会返回一个m×1m\times 1m×1的tensor,tensor的值为True/False表示是否正确预测。

Setting up the training

9. 开始训练

# 创建session
with tf.Session() as sess:
	# 变量初始化
	sess.run(init_op)
	total_batch = int(len(mnist.train.labels) / batch_size)
	for epoch in range(epochs):
		avg_cost = 0
		for i in range(total_batch):
			batch_x, batch_y = mnist.train.next_batch(batch_size=batch_size)
			_, c = sess.run([optimizer, cross_entropy], feed_dict={x: batch_x, y: batch_y})
			avg_cost += c / total_batch
		print("Epoch:", (epoch + 1), "cost = ", "{:.3f}".format(avg_cost))
	print(sess.run(accuracy, feed_dict={x: mnist.test.images, y: mnist.test.labels}))

输出:

Epoch: 1 cost = 0.586
Epoch: 2 cost = 0.213
Epoch: 3 cost = 0.150
Epoch: 4 cost = 0.113
Epoch: 5 cost = 0.094
Epoch: 6 cost = 0.073
Epoch: 7 cost = 0.058
Epoch: 8 cost = 0.045
Epoch: 9 cost = 0.036
Epoch: 10 cost = 0.027

Training complete!
0.9787

通过TensorBoard可视化训练过程:
Tensorflow怎么使用

感谢各位的阅读,以上就是“Tensorflow怎么使用”的内容了,经过本文的学习后,相信大家对Tensorflow怎么使用这一问题有了更深刻的体会,具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联,小编将为大家推送更多相关知识点的文章,欢迎关注!


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