＜TensorFlow学习使用P1＞——《TensorFlow教程》

一、TensorFlow概述

前言：

本文中一些TensorFlow综合案例的代码逻辑一般正常，在本地均可运行。如有代码复现运行失败，原因如下：

（1）运行环境配置可能有误。

（2）由于一些数据集存储空间较大，这里没有上传，代码可能无法加载相应文件。

（3）涉及到一些存储、加载的文件路径没有填写正确等。

（4）本博客中涉及到TensorFlow的环境安装，这里没有详细展开，读者如有遇到环境安装问题，可通过开源社区互助解决。

---

• 读者可注意比对Pycharm中，左上部分的project文件区域，查看是否有相对应的文件或文件夹。作者这里入过坑，但经过不断修改，所有代码已验证均可正常运行。
• 作者在此向无数为科学研究及应用、推动人类文明向前发展，所付出心血的前辈们致敬！祝福开源世界蒸蒸日上，让知识不再因壁垒而淡去星辉！

1.什么是TensorFlow

TensorFlow的发展历史：

2.TensorFlow的特点

3.TensorFlow的安装

TensorFlow离线包地址链接:https://pypi.org/project/tensorflow/#files

4.TensorFlow的使用

示例1：使用TensorFlow打印"helloworld"

# 01_helloworld.py
# tensorflow版本的helloworld
#这是TensorFlow 1.*版本支持的Session
# import tensorflow as tf
# print(tf.version)

#因为 TensorFlow 2.0 引入了重大改变，
# 其中最显著的是引入了基于 eager execution 的默认执行模式，
# 这意味着不再需要显式的会话（session）和图构建过程。
#所以需要使用下列方式导入，以使用Session
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

hello = tf.constant("hello, world!") # 定义一个常量(张量)
sess = tf.Session() # 创建一个session, 用来执行操作
print(sess.run(hello)) # 调用session的run方法，执行hello操作，并打印结果
sess.close() # 关闭session

示例2：使用TensorFlow实现加法操作

# 02_add.py
# 张量相加的示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

a = tf.constant(5.0) # 张量a
b = tf.constant(1.0) # 张量b
c = tf.add(a, b) # 张量相加

with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(c))

5.TensorFlow的体系结构

体系结构概述：

5.1单机模式与分布式模式

5.2后端逻辑层次

6.TensorFlow基本概念

张量：

数据流：

操作：

图和会话：

变量和占位符：

二、TensorFlow基本操作

1.图和会话操作

1.1什么是图

会话的操作：

示例3：使用TensorFlow查看图对象、指定会话运行某个图

# 03_graph_attr.py
# 查看默认图的属性
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

a = tf.constant(5.0)
print(a)
b = tf.constant(1.0)
c = tf.add(a, b)

graph = tf.get_default_graph() # 获取默认的图
print("graph:",graph)

# 新创建一个图
graph2 = tf.Graph()
print("graph2:",graph2)
with graph2.as_default(): # 设置为默认图
    d = tf.constant(11.0) # 操作d属于graph2

with tf.Session(graph=graph2) as sess: # 指定执行graph2
    # print(sess.run(c)) # 报错，因为c没有在默认graph2中
    print(sess.run(d))
    print(a.graph) # 打印张量的graph属性
    print(c.graph) # 打印c操作的graph属性
    print(sess.graph) # 打印session的graph属性

会话常见的错误及原因：

1.2张量的属性及基本运算

张量的阶与形状：

张量的数据类型：

示例4：使用TensorFlow查看张量属性

# 04_tensor_attr.py
# 查看张量属性示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

a = tf.constant(5.0)  # 标量

with tf.Session() as sess:
    print(sess.run(a))
    print("name:", a.name)  # name属性
    print("dtype:", a.dtype)  # dtype
    print("shape:", a.shape)  # shape
    print("op:", a.op)  # op
    print("graph:", a.graph)  # graph

示例5：使用TensorFlow创建张量

# 05_create_tensor.py
# 创建张量示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

# 创建值全为0的张量
tensor_zeros = tf.zeros(shape=[2,3], # 2行3列
                        dtype="float32") # 类型
# 创建值全为1的张量
tensor_ones = tf.ones(shape=[2,3], dtype="float32")
# 创建正态分布随机张量
tensor_nd = tf.random_normal(shape=[10], #一维，10个元素
                             mean=1.7, # 中位数
                             stddev=0.2,
                             dtype="float32")
# 创建形状和tensor_ones一样，值全为0的张量
tensor_zeros_like = tf.zeros_like(tensor_ones)

with tf.Session() as sess:
    print(tensor_zeros.eval()) # eval表示在session中执行计算
    print(tensor_ones.eval())
    print(tensor_nd.eval())
    print(tensor_zeros_like.eval())

1.3张量类型转换

示例6：使用TensorFlow进行张量类型转换

# 06_cast.py
# 张量类型转换示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

tensor_ones = tf.ones(shape=[2,3], dtype="int32")
tensor_float = tf.constant([1.1, 2.2, 3.3])

with tf.Session() as sess:
    print(tf.cast(tensor_ones, tf.float32).eval()) # 将tensor_ones转换为浮点型并打印
    # print(tf.cast(tensor_float, tf.string).eval())

1.4占位符

示例7：占位符的使用

# 07_placeholder.py
# 占位符使用示例：占位符在使用时，必须传入参数

#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

# 定义两个占位符
plhd = tf.placeholder(tf.float32, [2, 3]) # 定义2行3列的占位符
plhd2 = tf.placeholder(tf.float32, [None, 3]) # N行3列占位符
plhd3 = tf.placeholder(tf.float32, [None, 4])

with tf.Session() as sess:
    d = [[1, 2, 3],
         [4, 5, 6]]
    print(sess.run(plhd, feed_dict={plhd:d})) # 执行占位符操作，需要传入数据
    print(sess.run(plhd2, feed_dict={plhd2:d})) # 定义为N行3列，执行时传入2行3列
    # print(sess.run(plhd3, feed_dict={plhd3:d})) # 定义为N行4列，执行时传入2行3列

1.5张量形状改变

示例8：张量形状改变

# 08_reshape.py
# 张量形状改变
# 静态形状：初始形状，只能设置一次，不能跨阶设置
# 动态形状：运行时的形状，可以多次设置，可以跨阶设置，但元素总数要一致
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

pld = tf.placeholder(tf.float32, [None, 3])

pld.set_shape([4, 3]) # 设置静态形状，一旦固定就不能再改变
print(pld)
# pld.set_shape([3, 3]) # 报错

# 设置张量的动态形状，实际是创建一个新的张量
new_pld = tf.reshape(pld, [3, 4]) # 设置动态形状
print(new_pld)

new_pld = tf.reshape(pld, [2, 6]) # 多次设置动态形状
print(new_pld)

# new_pld = tf.reshape(pld, [2, 4]) # 报错，元素个数不匹配

with tf.Session() as sess:
    pass

1.6张量的数学计算

示例9：张量的数学计算

# 09_math_oper.py
# 张量的数学计算示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

x = tf.constant([[1, 2],
                 [3, 4]], dtype=tf.float32)
y = tf.constant([[4, 3],
                 [3, 2]], dtype=tf.float32)

x_add_y = tf.add(x, y)  # 张量相加
x_mul_y = tf.matmul(x, y) # 张量相乘(按照矩阵相乘的规则)
log_x = tf.log(x) # 求对数
x_sum_1 = tf.reduce_sum(x, axis=[0]) # 1-行方向 0-列方向

# 张量计算片段和
data = tf.constant([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10], dtype=tf.float32)
segment_ids = tf.constant([0, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2], dtype=tf.int32)
x_seg_sum = tf.segment_sum(data, segment_ids)

with tf.Session() as sess:
    print(x_add_y.eval())
    print(x_mul_y.eval())
    print(log_x.eval())
    print(x_sum_1.eval())
    print(x_seg_sum.eval())

1.7变量

示例10：变量使用

# 10_variable.py
# 变量使用示例
"""
1. 变量是一种特殊的张量，变量中存的值是张量
2. 变量可以进行持久化保存，张量则不可
3. 变量使用之前，要进行显式初始化
"""
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

a = tf.constant([1, 2, 3, 4])
var = tf.Variable(tf.random_normal([2, 3], mean=0.0, stddev=1.0), #初始值
                  name="var")
# 变量操作执行之前，需要进行全局初始化(初始化也是一个op,需要在session的run方法中执行)
init_op = tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init_op)
    print(sess.run([a, var]))

三、TensorFlow可视化

1.Tensorboard可视化

1.1什么是可视化

1.2启动Tensorboard

Windows环境下启动Tensorboard演示：







在Linux环境下可以直接使用：tensorboard --logdir="文件路径"

例如：tensorboard --logdir="PycharmProjects/tensorflow_study/summary/"

示例11：将图中的信息存入事件文件，并在tensorboard中显示示例

# 11_tensorboard_demo.py
# 将图中的信息存入事件文件，并在tensorboard中显示示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

# 创建一组操作
a = tf.constant([1, 2, 3, 4, 5]) # 普通张量
var = tf.Variable(tf.random_normal([2,3], mean=0.0, stddev=1.0),
                  name="var") #变量

b = tf.constant(3.0, name="a") #这里故意将python变量和tf的op名称取的不一致
c = tf.constant(4.0, name="b")
d = tf.add(b, c, name="add")

# 显式初始化
init_op = tf.global_variables_initializer()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init_op)
    #将当前session的graph信息写入事件文件
    fw = tf.summary.FileWriter("../summary/", graph=sess.graph)
    print(sess.run([a, var, d]))

摘要与事件文件操作：

四、TensorFlow综合案例------实现线性回归

示例12：使用TensorFlow实现线性回归

# 12_lr.py
# 线性回归示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()

# 第一步：创建样本数据
x = tf.random_normal([100, 1], mean=1.75, stddev=0.5, name="x_data")
y_true = tf.matmul(x, [[2.0]]) + 5.0  # 计算 y = 2x + 5

# 第二步：建立线性模型
## 初始化权重(随机数)和偏置（固定设置为0）,计算wx+b得到预测值
weight = tf.Variable(tf.random_normal([1, 1], name="w"),
                     trainable=True)  # 训练过程中值是否允许变化
bias = tf.Variable(0.0, name="b", trainable=True)  # 偏置
y_predict = tf.matmul(x, weight) + bias  # 计算预测值

# 第三步：创建损失函数
loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_predict))  # 均方差损失函数

# 第四步：使用梯度下降进行训练
train_op = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)

# 收集损失函数的值
tf.summary.scalar("losses", loss)
merged = tf.summary.merge_all()  # 合并摘要操作

init_op = tf.global_variables_initializer()
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init_op)  # 执行初始化op

    # 打印初始权重和偏置
    print("weight:", weight.eval(), " bias:", bias.eval())

    # 指定事件文件并记录图的信息
    fw = tf.summary.FileWriter("../summary/", graph=sess.graph)

    # 循环训练
    for i in range(500):
        sess.run(train_op)  # 执行训练
        summary = sess.run(merged)  # 执行摘要合并操作
        fw.add_summary(summary, i)  # 写入事件文件

        print(i, ":", " weight:", weight.eval(), " bias:", bias.eval())

启动Tensorboard运行：

五、TensorFlow数据读取

1.模型保存和加载

模型保存和加载API：

示例13：线性回归的保存与加载

第一次训练：观察weight和bias的值

第二次训练：观察到weight和bias的初始值是第一次训练后的保存值！

继续训练，weight和bias的训练值将会更加接近预期值！

# 13_lrsaveload.py
# 线性回归示例,添加保存与加载模块
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()
import os

# 第一步：创建样本数据
x = tf.random_normal([100, 1], mean=1.75, stddev=0.5, name="x_data")
y_true = tf.matmul(x, [[2.0]]) + 5.0  # 计算 y = 2x + 5

# 第二步：建立线性模型
## 初始化权重(随机数)和偏置（固定设置为0）,计算wx+b得到预测值
weight = tf.Variable(tf.random_normal([1, 1], name="w"),
                     trainable=True)  # 训练过程中值是否允许变化
bias = tf.Variable(0.0, name="b", trainable=True)  # 偏置
y_predict = tf.matmul(x, weight) + bias  # 计算预测值

# 第三步：创建损失函数
loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_predict))  # 均方差损失函数

# 第四步：使用梯度下降进行训练
train_op = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)

# 收集损失函数的值
tf.summary.scalar("losses", loss)
merged = tf.summary.merge_all()  # 合并摘要操作

init_op = tf.global_variables_initializer()

saver = tf.train.Saver() #实例化一个saver

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init_op)  # 执行初始化op

    # 打印初始权重和偏置
    print("weight:", weight.eval(), " bias:", bias.eval())

    # 指定事件文件并记录图的信息
    fw = tf.summary.FileWriter("../summary/", graph=sess.graph)

    #训练之前，检查是否已经有模型保存。如果有，则加载
    if os.path.exists("../model/linear_model/checkpoint"):
        saver.restore(sess,"../model/linear_model/")
    # 循环训练
    for i in range(200):
        sess.run(train_op)  # 执行训练
        summary = sess.run(merged)  # 执行摘要合并操作
        fw.add_summary(summary, i)  # 写入事件文件

        print(i, ":", " weight:", weight.eval(), " bias:", bias.eval())

    #训练完成，保存模型
    saver.save(sess,"../model/linear_model/")

2.数据读取

2.1文件读取机制

2.2文件读取API

六、TensorFlow数据读取案例

1.CSV文件读取

示例14:csv文件读取

注：

（1）上述因为在读取的时候是做了随机化处理，读取顺序被打乱了。

（2）第一个数组为所有文本文件的第一列，第二个数组为所有文本文件的第二列。

（3）虽然读取顺序被打乱，但是第一列的数据和第二列的数据是一一对应的。
更改批次大小:

# 01_csv_reader.py
# CSV文件读取示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()
import os


def csv_read(filelist):  # 从csv样本文件中读取数据
    # 构建文件队列
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filelist)
    # 定义reader
    reader = tf.TextLineReader()
    k, v = reader.read(file_queue)  # 读取，返回文件名称、数据
    # 解码
    records = [["None"], ["None"]]
    example, label = tf.decode_csv(v, record_defaults=records)
    # 批处理
    example_bat, label_bat = tf.train.batch([example, label],  # 参与批处理的数据
                                            #batch_size=9,  # 批次大小
                                            batch_size=4,  # 批次大小
                                            num_threads=1)  # 线程数量
    return example_bat, label_bat


if __name__ == "__main__":
    # 构建文件列表
    dir_name = "../test_data/"
    file_names = os.listdir(dir_name)  # 列出目录下所有的文件
    file_list = []
    for f in file_names:
        # 将目录名称、文件名称拼接称完整路径，并添加到文件列表
        file_list.append(os.path.join(dir_name, f))

    example, label = csv_read(file_list)  # 调用自定义函数，读取指定文件列表中的数据

    # 开启Session,执行
    with tf.Session() as sess:
        coord = tf.train.Coordinator()  # 定义线程协调器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord=coord)
        print(sess.run([example, label]))  # 执行操作

        # 等待线程停止，并回收资源
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)

2.图片文件的读取

2.1图片读取API

示例15：图像文件读取

# 02_img_reader.py
# 图像样本读取示例
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()
import os

# 图像样本读取函数
def img_read(filelist):
    # 构建文件队列
    file_queue = tf.train.string_input_producer(filelist)
    # 定义reader
    reader = tf.WholeFileReader()
    k, v = reader.read(file_queue) # 读取整个文件内容
    # 解码
    img = tf.image.decode_jpeg(v)
    # 批处理
    img_resized = tf.image.resize(img, [200, 200]) # 将图像设置成200*200大小
    img_resized.set_shape([200, 200, 3]) # 固定样本形状，批处理时对数据形状有要求
    img_bat = tf.train.batch([img_resized],
                             batch_size=10,
                             num_threads=1)
    return img_bat

if __name__ == "__main__":
    # 构建文件列表
    dir_name = "../test_img/"
    file_names = os.listdir(dir_name)
    file_list = []
    for f in file_names:
        # 将目录名、文件名拼接成完整路径放入文件列表中
        file_list.append(os.path.join(dir_name, f))

    imgs = img_read(file_list)

    with tf.Session() as sess:
        coord = tf.train.Coordinator() # 线程协调器
        threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord=coord)
        result = imgs.eval() # 调用函数，分批次读取样本

        # 等待线程结束，并回收资源
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)

# 显示图片
import matplotlib.pyplot as plt

plt.figure("Img Show", facecolor="lightgray")

for i in range(10):  # 循环显示读取到的样本(批次读取，所以有多个样本)
    plt.subplot(2, 5, i+1) # 显示子图, 2行5列的第i+1个子图
    plt.xticks([])
    plt.yticks([])
    plt.imshow(result[i].astype("int32"))

plt.tight_layout()
plt.show()

3.深度学习平台数据读取总结

（1）深度学习平台对数据的读取，需要能够实现快速读取，因为训练的样本可能很多。

（2）需要能够实现随机的读取， 消除样本的顺序，对模型产生的影响。

（3）需要能够实现批量读取，分批处理。

七、TensorFlow综合案例------实现手写体识别

注：这里使用的是全连接模型作为分类器

1.MNIST数据集

MNIST数据集地址链接:http://yann.lecun.com/exdb/mnist/

任务目标：

2.网络结构

（输入：28x28）

3.相关API

示例16：mnist数据集手写数字识别
一些bug原因：

解决办法：

注：由于目前TensorFlow的最新版本是2.x，因此在代码中有一些bug是新版本不再支持1.x版本的调用方式。

"如果你正在使用的是 TensorFlow 2.x 版本，tensorflow.examples 已经不存在。TensorFlow 2.x 重构了许多组件，并引入了 Keras 作为主要接口，tensorflow.examples 中的许多内容已经迁移到其他位置或被新的 API 替代。"

解决办法：

（1）使用新的调用方式

（2）降低TensorFlow版本

（3）添加需要的代码包等

本次采用添加需要的代码包作为演示：

训练结果：

（这里是随机选取两张图片进行训练预测）

预测数字：

另一个预测数字：

注释训练模块代码，直接使用前次训练模型进行预测：

另一个预测数字：

可以看出，另一个数字预测有失精确，但多加训练和调整参数/权重，可以提高精确度！

# 03_mnist.py
# 手写体识别案例
# 模型：全连接模型
#import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()
#from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
import input_data
import pylab

# 定义样本读取对象
mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/",  # 数据集所在目录
                                  one_hot=True)  # 标签是否采用独热编码
# 定义占位符，用于表图像数据、标签
x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784])  # 图像数据，N行784列
y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])  # 标签(图像真实类别), N行784列

# 定义权重、偏置
w = tf.Variable(tf.random_normal([784, 10]))  # 权重,784行10列
b = tf.Variable(tf.zeros([10]))  # 偏置, 10个偏置

# 构建模型，计算预测结果
pred_y = tf.nn.softmax(tf.matmul(x, w) + b)
# 损失函数
cross_entropy = -tf.reduce_sum(y * tf.log(pred_y), reduction_indices=1)
cost = tf.reduce_mean(cross_entropy)  # 求均值
# 梯度下降优化器
optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.01).minimize(cost)

batch_size = 100  # 批次大小
saver = tf.train.Saver()  # saver
model_path = "../model/mnist/mnist_model.ckpt"  # 模型路径

with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())  # 初始化
    # 开始训练
    for epoch in range(200):
        # 计算总批次
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
        avg_cost = 0.0
        for i in range(total_batch):
            # 从训练集读取一个批次的样本
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            params = {x: batch_xs, y: batch_ys}  # 参数字典
            o, c = sess.run([optimizer, cost],  # 执行的op
                            feed_dict=params)  # 喂入参数
            avg_cost += (c / total_batch)  # 计算平均损失值
        print("epoch:%d, cost=%.9f" % (epoch + 1, avg_cost))
    print("训练结束.")
    # 模型评估
    # 比较预测结果和真实结果，返回布尔类型的数组
    correct_pred = tf.equal(tf.argmax(pred_y, 1),  # 求预测结果中最大值的索引
                            tf.argmax(y, 1))  # 求真实结果中最大的索引
    # 将布尔类型数组转换为浮点数，并计算准确率
    # 因为计算均值、准确率公式相同，所以调用计算均值的函数计算准确率
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32))
    print("accuracy:", accuracy.eval({x: mnist.test.images,  # 测试集下的图像数据
                                      y: mnist.test.labels}))  # 测试集下图像的真实类别
    # 保存模型
    save_path = saver.save(sess, model_path)
    print("模型已保存:", save_path)

#注释训练模块代码，使用训练模型进行直接预测检验
'''
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())  # 初始化
    # 开始训练
    for epoch in range(200):
        # 计算总批次
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
        avg_cost = 0.0
        for i in range(total_batch):
            # 从训练集读取一个批次的样本
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            params = {x: batch_xs, y: batch_ys}  # 参数字典
            o, c = sess.run([optimizer, cost],  # 执行的op
                            feed_dict=params)  # 喂入参数
            avg_cost += (c / total_batch)  # 计算平均损失值
        print("epoch:%d, cost=%.9f" % (epoch + 1, avg_cost))
    print("训练结束.")
    # 模型评估
    # 比较预测结果和真实结果，返回布尔类型的数组
    correct_pred = tf.equal(tf.argmax(pred_y, 1),  # 求预测结果中最大值的索引
                            tf.argmax(y, 1))  # 求真实结果中最大的索引
    # 将布尔类型数组转换为浮点数，并计算准确率
    # 因为计算均值、准确率公式相同，所以调用计算均值的函数计算准确率
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32))
    print("accuracy:", accuracy.eval({x: mnist.test.images,  # 测试集下的图像数据
                                      y: mnist.test.labels}))  # 测试集下图像的真实类别
    # 保存模型
    save_path = saver.save(sess, model_path)
    print("模型已保存:", save_path)
'''
# 从测试集中随机读取2张图像，执行预测
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    saver.restore(sess, model_path)  # 加载模型

    # 从测试集中读取样本
    batch_xs, batch_ys = mnist.test.next_batch(2)
    output = tf.argmax(pred_y, 1)  # 直接取出预测结果中的最大值

    output_val, predv = sess.run([output, pred_y],  # 执行的op
                                 feed_dict={x: batch_xs})  # 预测，所以不需要传入标签
    print("预测最终结果:\n", output_val, "\n")
    print("真实结果:\n", batch_ys, "\n")
    print("预测概率:\n", predv, "\n")

    # 显示图片
    im = batch_xs[0]  # 第一个测试样本
    im = im.reshape(-1, 28)  # 28列，-1表示经过计算的值
    pylab.imshow(im)
    pylab.show()

    im = batch_xs[1]  # 第二个测试样本
    im = im.reshape(-1, 28)  # 28列，-1表示经过计算的值
    pylab.imshow(im)
    pylab.show()

八、TensorFlow综合案例------实现服饰识别

注：这里开始采用卷积神经网络进行识别

1.数据集介绍

任务目标：

2.网络结构

3.具体实现

这里采用面向对象的方式实现：

一些bug说明：

代码的逻辑一般是正确的，运行失败是TensorFlow2.x版本不再支持contrib,

解决尝试:

1.降低TensorFlow版本(这个不可行，目前已无法直接pip install 1.x版本）

2.使用contrib迁移到2.x的版本的APl:keras 重新编写代码，(这种方式需要重新编写代码，使用新的API编写方式。)

# 04_fashion_mnist.py
# 使用卷积神经网络实现服饰识别
#import tensorflow  as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf
tf.disable_v2_behavior()
from tensorflow.contrib.learn.python.learn.datasets.mnist import read_data_sets

# 定义FashionMnist类
class FashionMnist():
    out_features1 = 12 # 第一组卷积层输出通道数量(即第一个卷积层卷积核数)
    out_features2 = 24 # 第二组卷积层输出通道数量(即第二个卷积层卷积核数)
    con_neurons = 512 # 全连接层神经元数量

    def __init__(self, path):
        """
        构造方法
        :param path: 指定数据集目录
        """
        self.sess = tf.Session()
        self.data = read_data_sets(path, one_hot=True)

    def init_weight_variable(self, shape):
        """
        根据指定形状初始化权重
        :param shape: 指定要初始化的变量的形状
        :return: 返回经过初始化的变量
        """
        inital = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1) # 截尾正态分布
        return tf.Variable(inital)

    def init_bias_variable(self, shape):
        """
        初始化偏置
        :param shape: 指定要初始化的变量的形状
        :return: 返回经过初始化的变量
        """
        inital = tf.constant(1.0, shape=shape)
        return tf.Variable(inital)

    def conv2d(self, x, w):
        """
        二维卷积方法
        :param x: 原始数据
        :param w: 卷积核
        :return: 返回卷积运算的结果
        """
        # 卷积核: [高度, 宽度, 输入通道数, 输出通道数]
        return tf.nn.conv2d(x, # 原始数据
                            w, # 卷积核
                            strides=[1, 1, 1, 1], # 各维度上的步长值
                            padding="SAME") # 输入矩阵和输出矩阵大小一样

    def max_pool_2x2(self, x):
        """
        定义池化方法
        :param x: 原始数据
        :return: 池化计算结果
        """
        return tf.nn.max_pool(x,
                              ksize=[1, 2, 2, 1], # 池化区域大小
                              strides=[1, 2, 2, 1], # 各个维度上的步长值
                              padding="SAME")

    def create_conv_pool_layer(self, input, input_features, out_features):
        """
        定义卷积、激活、池化层
        :param input: 原始数据
        :param input_features:输入特征数量
        :param out_features: 输出特征数量
        :return: 卷积、激活、池化层运算结果
        """
        filter = self.init_weight_variable([5, 5, input_features, out_features]) # 卷积核
        b_conv = self.init_bias_variable([out_features]) # 偏置，卷积有多少输出就有多少个偏置
        h_conv = tf.nn.relu(self.conv2d(input, filter) + b_conv) # 卷积，激活运算
        h_pool = self.max_pool_2x2(h_conv) # 对卷积激活运算结果做池化
        return h_pool

    def create_fc_layer(self, h_pool_flat, input_features, con_neurons):
        """
        创建全连接层
        :param h_pool_flat: 输入数据，经过拉伸后的一维张量
        :param input_features: 输入特征数量
        :param con_neurons: 神经元数量(输出特征数量)
        :return: 经过全连接计算后的结果
        """
        w_fc = self.init_weight_variable([input_features, con_neurons]) # 权重
        b_fc = self.init_bias_variable([con_neurons]) # 偏置
        h_fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool_flat, w_fc) + b_fc) # 计算wx+b并做激活
        return h_fc1

    def build(self):
        """
        组建CNN
        :return:
        """
        # 定义输入数据、标签数据的占位符
        self.x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 784])
        x_image = tf.reshape(self.x, [-1, 28, 28, 1]) # 变维成28*28单通道图像数据
        self.y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 10]) # 标签, N个样本，每个样本10个类别对应的概率

        # 第一组卷积池化
        h_pool1 = self.create_conv_pool_layer(x_image, 1, self.out_features1)

        # 第二层卷积池化
        h_pool2 = self.create_conv_pool_layer(h_pool1, # 以上一个卷积池化层的输出作为输入
                                              self.out_features1, # 输入特征数量，为上一层输出特征数量
                                              self.out_features2) # 输出特征数量
        # 全连接
        h_pool2_flat_features = 7 * 7 * self.out_features2 # 计算特征点数量
        h_pool2_flat = tf.reshape(h_pool2, [-1, h_pool2_flat_features]) # 拉伸成一维
        h_fc = self.create_fc_layer(h_pool2_flat, # 输入
                                    h_pool2_flat_features, # 输入特征数量
                                    self.con_neurons) # 输出特征数量
        # dropout(通过随机丢弃一定比例神经元参数更新，防止过拟合)
        self.keep_prob = tf.placeholder("float") # 保存率
        h_fc1_drop = tf.nn.dropout(h_fc, self.keep_prob)

        # 输出层
        w_fc = self.init_weight_variable([self.con_neurons, 10]) # 512行10列
        b_fc = self.init_bias_variable([10]) # 10个偏置
        y_conv = tf.matmul(h_fc1_drop, w_fc) + b_fc # 计算wx+b

        # 计算准确率
        correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y_conv, 1),
                                      tf.argmax(self.y_, 1))
        self.accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

        # 损失函数
        loss_func = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=self.y_, # 真实值
                                                            logits=y_conv) # 预测值
        cross_entropy = tf.reduce_mean(loss_func)

        # 优化器
        optimizer = tf.train.AdamOptimizer(0.001)
        self.train_step = optimizer.minimize(cross_entropy)

    def train(self):
        self.sess.run(tf.global_variables_initializer())
        batch_size = 100 # 批次大小
        print("begin training...")

        for i in range(10):
            total_batch = int(self.data.train.num_examples / batch_size) # 计算批次数量

            for j in range(total_batch):
                batch = self.data.train.next_batch(batch_size) # 获取一个批次样本
                params = {self.x: batch[0],  # 图像
                          self.y_: batch[1], # 标签
                          self.keep_prob:0.5} # 计算丢弃率

                t, acc = self.sess.run([self.train_step, self.accuracy], # 执行的op
                                       params)

                if j % 100 == 0:
                    print("i: %d, j: %d  acc: %f" % (i, j, acc))

    def eval(self, x, y, keep_prob):
        params = {self.x:x, self.y_:y, self.keep_prob:0.5}
        test_acc = self.sess.run(self.accuracy, params) # 计算准确率
        print("Test Accuracy: %f" % test_acc)
        return test_acc

    def close(self):
        self.sess.close()

if __name__ == "__main__":
    mnist = FashionMnist("fashion_mnist/")
    mnist.build() # 组件网络
    mnist.train() # 训练

    # 评估
    xs, ys = mnist.data.test.next_batch(100)
    mnist.eval(xs, ys, 0.5)
    mnist.close()

后记：

●本博客基于B站开源学习资源，是作者学习的笔记记录，仅用于学习交流，不做任何商业用途！