机器学习笔记（三）简单手写识别

目标

实现一个简单的手写识别的脚本，同样的，流程分五步走：

1. 读入数据
2. 初始化模型
3. 训练模型
4. 训练样本集乱序
5. 校验数据有效性

前期准备

前期需要将库导入，还需要进行一些初始化操作

数据处理部分之前的代码，加入部分数据处理的库

点击查看代码

#加载飞桨和相关类库
import paddle
from paddle.nn import Linear
import paddle.nn.functional as F
import os
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 设置数据读取器，API自动读取MNIST数据训练集
train_dataset = paddle.vision.datasets.MNIST(mode='train')

初始化模型

1. 首先要组件一个数据识别网络结构，和房价预测网络一样写就行了
2. 需要将模型启动训练模式，同时加载训练集batch_size，设为16
3. 定义优化器，使用随机梯度下降SGD优化器，设置学习率为0.001

点击查看代码

# 定义mnist数据识别网络结构，同房价预测网络
class MNIST(paddle.nn.Layer):
    def __init__(self):
        super(MNIST, self).__init__()
        
        # 定义一层全连接层，输出维度是1
        self.fc = paddle.nn.Linear(in_features=784, out_features=1)
        
    # 定义网络结构的前向计算过程
    def forward(self, inputs):
        outputs = self.fc(inputs)
        return outputs
		
# 声明网络结构
model = MNIST()

def train(model):
    # 启动训练模式
    model.train()
    # 加载训练集 batch_size 设为 16
    train_loader = paddle.io.DataLoader(paddle.vision.datasets.MNIST(mode='train'), 
                                        batch_size=16, 
                                        shuffle=True)
    # 定义优化器，使用随机梯度下降SGD优化器，学习率设置为0.001
    opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())

训练模型、训练样本集乱序

训练过程采用二层循环嵌套方式，训练完成后需要保存模型参数，以便后续使用

1. 内层循环：负责整个数据集的一次变脸，遍历数据集采用分批次的方式
2. 外层循环：定义遍历数据集的次数，本次循环中外层循环10次，EPOCH_NUM

点击查看代码

import paddle
# 确保从paddle.vision.datasets.MNIST中加载的图像数据是np.ndarray类型
paddle.vision.set_image_backend('cv2')

# 声明网络结构
model = MNIST()
# 图像归一化函数，将数据范围为[0, 255]的图像归一化到[0, 1]
def norm_img(img):
    # 验证传入数据格式是否正确，img的shape为[batch_size, 28, 28]
    assert len(img.shape) == 3
    batch_size, img_h, img_w = img.shape[0], img.shape[1], img.shape[2]
    # 归一化图像数据
    img = img / 255
    # 将图像形式reshape为[batch_size, 784]
    img = paddle.reshape(img, [batch_size, img_h*img_w])
    
    return img
def train(model):
    # 启动训练模式
    model.train()
    # 加载训练集 batch_size 设为 16
    train_loader = paddle.io.DataLoader(paddle.vision.datasets.MNIST(mode='train'), 
                                        batch_size=16, 
                                        shuffle=True)
    # 定义优化器，使用随机梯度下降SGD优化器，学习率设置为0.001
    opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())
    EPOCH_NUM = 10
    for epoch in range(EPOCH_NUM):
        for batch_id, data in enumerate(train_loader()):
            images = norm_img(data[0]).astype('float32')
            labels = data[1].astype('float32')
            
            #前向计算的过程
            predicts = model(images)
            
            # 计算损失
            loss = F.square_error_cost(predicts, labels)
            avg_loss = paddle.mean(loss)
            
            #每训练了1000批次的数据，打印下当前Loss的情况
            if batch_id % 1000 == 0:
                print("epoch_id: {}, batch_id: {}, loss is: {}".format(epoch, batch_id, avg_loss.numpy()))
            
            #后向传播，更新参数的过程
            avg_loss.backward()
            opt.step()
            opt.clear_grad()
            
train(model)
paddle.save(model.state_dict(), './mnist.pdparams')

综上就是模型训练过程

校验数据有效性

然后我们画个图试试就行

点击查看代码

# 读取一张本地的样例图片，转变成模型输入的格式
def load_image(img_path):
    # 从img_path中读取图像，并转为灰度图
    im = Image.open(img_path).convert('L')
    # print(np.array(im))
    im = im.resize((28, 28), Image.ANTIALIAS)
    im = np.array(im).reshape(1, -1).astype(np.float32)
    # 图像归一化，保持和数据集的数据范围一致
    im = 1 - im / 255
    return im

# 定义预测过程
model = MNIST()
params_file_path = 'mnist.pdparams'
img_path = './work/example_0.jpg'
# 加载模型参数
param_dict = paddle.load(params_file_path)
model.load_dict(param_dict)
# 灌入数据
model.eval()
tensor_img = load_image(img_path)
result = model(paddle.to_tensor(tensor_img))
print('result',result)
#  预测输出取整，即为预测的数字，打印结果
print("本次预测的数字是", result.numpy().astype('int32'))