1. 使用八股搭建神经网络

1.1 、 用Tensorflow API: tf.keras 搭建神经网络八股

• 六步法：

  • import

  import相关模块，比如 import tensorflow as tf

  • train, test

  告知要喂入网络的训练集和测试集是什么

  也就是要指定训练集的输入特征x_train和训练集标签y_train

  测试集的输入特征x_test和测试集的标签y_test

  • model = tf.keras.models.Sequential

  在Sequential()中搭建网络结构，逐层描述每层网络

  • model.compile

  在compile()中配置训练方法，告知训练时选择哪种优化器，选择哪个损失函数，选择哪种评测指标

  • model.fit

  在fit()中执行训练过程，告知训练集和测试集的输入特征和标签，告知每个batch是多少，告知要迭代多少次数据集

  • model.summary

  用summary()打印出网络的结构和参数统计

• model = tf.keras.models.Sequential([网络结构])

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  Sequential()可以认为是个容器，里面封装了一个神经网络结构

  在Sequential中要描述从输入层到输出层每一层的网络结构

  网络结构举例：

  • 拉直层：tf.keras.layers.Flatten()
    • 这一层不含计算，只是形状转换，把输入特征拉直变成一维数组
  • 全连接层：tf,keras.layers.Dense(神经元个数，activation=“激活函数”，kernel_regularizer=哪种正则化)
    • activation(字符串给出)可选：relu、softmax、sigmoid、tanh
    • kernel_regularizer可选：tf.keras.regularizer.l1()、tf.keras.regularizers.l2()
  • 卷积层：tf.keras.layres.Conv2D(filters= 卷积核个数，kernel_size=卷积核尺寸。strides=卷积步长，padding=”valid” or “same”)
  • LSTM层：tf.keras.layers.LSTM()

• Model.compile( optimizer = 优化器, loss = 损失函数, metrics = [“准确率”])

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  • optimizer 可以是字符串形式给出的优化器名字，也可以是函数形式，使用函数 形式可以设置学习率、动量和超参数。

  • 可选项包括：

    1. ‘sgd’or tf.optimizers.SGD( lr=学习率, decay=学习率衰减率, momentum=动量参数)
    2. ‘adagrad’or tf.keras.optimizers.Adagrad(lr=学习率, decay=学习率衰减率)
    3. ‘adadelta’or tf.keras.optimizers.Adadelta(lr=学习率, decay=学习率衰减率)
    4. ‘adam’or tf.keras.optimizers.Adam (lr=学习率, decay=学习率衰减率)

  • Loss 可以是字符串形式给出的损失函数的名字，也可以是函数形式。

  • 可选项包括：

    1. ‘mse’or tf.keras.losses.MeanSquaredError()
    2. ‘sparse_categorical_crossentropy or tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=False)
    • 损失函数常需要经过 softmax 等函数将输出转化为概率分布的形式。 from_logits 则用来标注该损失函数是否需要转换为概率的形式，取 False 时表 示转化为概率分布，取 True 时表示没有转化为概率分布，直接输出。

  • Metrics 标注网络评测指标。

  • 可选项包括：

    1. ‘accuracy’：y_和y都是数值形式给出的

    如：如 y_=[1] y=[1]

    2. ‘categorical_accuracy’：y_和y都是以独热码或概率分布形式给出

    如：y_=[0, 1, 0], y=[0.256, 0.695, 0.048]

    3. ‘sparse_ categorical_accuracy’：y_是以数值形式给出，y 是以独热码形式 给出。

       如： y_=[1],y=[0.256, 0.695, 0.048]

• model.fit(训练集的输入特征， 训练集的标签， batch_size=, epochs=, validation_data = (测试集的输入特征，测试集的标签)， validataion_split = 从测试集划分多少比例给训练集， validation_freq = 测试的 epoch 间隔次数)

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• model.summary()

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  • summary 函数用于打印网络结构和参数统计

  

• 代码实现八股搭建神经网络

# impor相关模块
import tensorflow as tf
from sklearn import datasets
import numpy as np

# 交代训练集的输入特征x_train和训练集的标签y_train
x_train = datasets.load_iris().data
y_train = datasets.load_iris().target

# 测试集的输入特征x_test和测试集标签y_test可以直接给定，也可以在fit中按比例从训练集中划分

#实现了数据集的乱序
np.random.seed(116)
np.random.shuffle(x_train)
np.random.seed(116)
np.random.shuffle(y_train)
tf.random.set_seed(116)

#在Sequential()搭建网络结构
model = tf.keras.models.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(3, activation='softmax', kernel_regularizer=tf.keras.regularizers.l2())
])

# 在compile中配置训练方法
model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.SGD(lr=0.1),
              loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=False),
              metrics=['sparse_categorical_accuracy'])

#在fit()中执行训练过程
model.fit(x_train, y_train, batch_size=32, epochs=500, validation_split=0.2, validation_freq=20)

# 打印网络结构和参数统计
model.summary()

• 结果