前馈神经网络手写数字识别

今天就来说说手写数字识别，我们上课的时候老师要求我们使用前馈神经网络和卷积神经网络两种神经网络实现手写数字识别。做一下这两个实验还真的挺有意思啊。

举个例子，识别图片中的 ： 3

不管了上代码先，下面是所有的代码

""" @author 不败顽童 程序采用前馈神经网络识别手写数字 """
import numpy as np
import paddle as paddle
import paddle.fluid as fluid
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import os

paddle.enable_static()

BUF_SIZE = 512
BATCH_SIZE = 128
# 用于训练的数据提供器，每次从缓存中随机读取批次大小的数据
train_reader = paddle.batch(
    paddle.reader.shuffle(paddle.dataset.mnist.train(),
                          buf_size=BUF_SIZE),
    batch_size=BATCH_SIZE)
# 用于训练的数据提供器，每次从缓存中随机读取批次大小的数据
test_reader = paddle.batch(
    paddle.reader.shuffle(paddle.dataset.mnist.test(),
                          buf_size=BUF_SIZE),
    batch_size=BATCH_SIZE)

# 用于打印，查看mnist数据
train_data = paddle.dataset.mnist.train()
sampledata = next(train_data())


# print(sampledata)


# 定义多层感知器
def multilayer_perceptron(input):
    # 第一个全连接层，激活函数为ReLU
    hidden1 = fluid.layers.fc(input=input, size=100, act='relu')
    # 第二个全连接层，激活函数为ReLU
    hidden2 = fluid.layers.fc(input=hidden1, size=100, act='relu')

    hidden3 = fluid.layers.fc(input=hidden2, size=100, act='relu')
    # 以softmax为激活函数的全连接输出层，大小为10
    prediction = fluid.layers.fc(input=hidden3, size=10, act='softmax')
    return prediction


# 定义输入输出层
image = fluid.layers.data(name='image', shape=[1, 28, 28], dtype='float32')  # 单通道，28*28像素值
label = fluid.layers.data(name='label', shape=[1], dtype='int64')  # 图片标签

# 获取分类器
predict = multilayer_perceptron(image)

# 获取损失函数和准确率函数
cost = fluid.layers.cross_entropy(input=predict, label=label)  # 使用交叉熵损失函数,描述真实样本标签和预测概率之间的差值
avg_cost = fluid.layers.mean(cost)
acc = fluid.layers.accuracy(input=predict, label=label)
# 获取测试程序
test_program = fluid.default_main_program().clone(for_test=True)
# 定义优化方法
optimizer = fluid.optimizer.AdamOptimizer(learning_rate=0.001)  # 使用Adam算法进行优化
opts = optimizer.minimize(avg_cost)

# 定义一个使用CPU的解析器
place = fluid.CPUPlace()
exe = fluid.Executor(place)
exe.run(fluid.default_startup_program())

feeder = fluid.DataFeeder(place=place, feed_list=[image, label])

EPOCH_NUM = 1
model_save_dir = "./hand.inference.model"
for pass_id in range(EPOCH_NUM):
    # 进行训练
    for batch_id, data in enumerate(train_reader()):  # 遍历train_reader
        train_cost, train_acc = exe.run(program=fluid.default_main_program(),  # 运行主程序
                                        feed=feeder.feed(data),  # 给模型喂入数据
                                        fetch_list=[avg_cost, acc])  # fetch 误差、准确率

        # 每100个batch打印一次信息 误差、准确率
        if batch_id % 100 == 0:
            print('Pass:%d, Batch:%d, Cost:%0.5f, Accuracy:%0.5f' %
                  (pass_id, batch_id, train_cost[0], train_acc[0]))

    # 进行测试
    test_accs = []
    test_costs = []
    # 每训练一轮 进行一次测试
    for batch_id, data in enumerate(test_reader()):  # 遍历test_reader
        test_cost, test_acc = exe.run(program=fluid.default_main_program(),  # 执行训练程序
                                      feed=feeder.feed(data),  # 喂入数据
                                      fetch_list=[avg_cost, acc])  # fetch 误差、准确率
        test_accs.append(test_acc[0])  # 每个batch的准确率
        test_costs.append(test_cost[0])  # 每个batch的误差

    # 求测试结果的平均值
    test_cost = (sum(test_costs) / len(test_costs))  # 每轮的平均误差
    test_acc = (sum(test_accs) / len(test_accs))  # 每轮的平均准确率
    print('Test:%d, Cost:%0.5f, Accuracy:%0.5f' % (pass_id, test_cost, test_acc))

    # 保存模型
    # 如果保存路径不存在就创建
    if not os.path.exists(model_save_dir):
        os.makedirs(model_save_dir)
    print('save models to %s' % (model_save_dir))
    fluid.io.save_inference_model(model_save_dir,  # 保存推理model的路径
                                  ['image'],  # 推理（inference）需要 feed 的数据
                                  [predict],  # 保存推理（inference）结果的 Variables
                                  exe)  # executor 保存 inference model


def load_image(file):
    im = Image.open(file).convert('L')  # 将RGB转化为灰度图像，L代表灰度图像，像素值在0~255之间
    im = im.resize((28, 28), Image.ANTIALIAS)  # resize image with high-quality 图像大小为28*28
    im = np.array(im).reshape(1, 1, 28, 28).astype(np.float32)  # 返回新形状的数组,把它变成一个 numpy 数组以匹配数据馈送格式。
    # print(im)
    im = im / 255.0 * 2.0 - 1.0  # 归一化到【-1~1】之间
    return im


infer_path = './data/infer_test.png'
img = Image.open(infer_path)
plt.imshow(img)  # 根据数组绘制图像
plt.show()  # 显示图像

infer_exe = fluid.Executor(place)
inference_scope = fluid.core.Scope()

# 加载数据并开始预测
with fluid.scope_guard(inference_scope):
    # 获取训练好的模型
    # 从指定目录中加载 推理model(inference model)
    [inference_program,  # 推理Program
     feed_target_names,  # 是一个str列表，它包含需要在推理 Program 中提供数据的变量的名称。
     fetch_targets] = fluid.io.load_inference_model(model_save_dir,
                                                    # fetch_targets：是一个 Variable 列表，从中我们可以得到推断结果。model_save_dir：模型保存的路径
                                                    infer_exe)  # infer_exe: 运行 inference model的 executor
    img = load_image(infer_path)

    results = infer_exe.run(program=inference_program,  # 运行推测程序
                            feed={feed_target_names[0]: img},  # 喂入要预测的img
                            fetch_list=fetch_targets)  # 得到推测结果,
    # 获取概率最大的label
    lab = np.argsort(results)  # argsort函数返回的是result数组值从小到大的索引值
    # print(lab)
    print("该图片的预测结果的label为: %d" % lab[0][0][-1])  # -1代表读取数组中倒数第一列

如果运行报错的话，可能是没有缺少文件夹hand.inference.model，建议新建一个hand.inference.model文件夹

下面放上如何使用的视频链接，欢迎大家观看：

前馈神经网络手写数字识别_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili

链接：pan.baidu.com/s/1ty2TT5oG…
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