mnist.py

# 导入NumPy数学工具箱
import numpy as np 
# 导入Pandas数据处理工具箱
import pandas as pd
# 从 Keras中导入 mnist数据集
from keras.datasets import mnist


(X_train_image, y_train_lable), (X_test_image, y_test_lable) =  mnist.load_data() 


# 导入keras.utils工具箱的类别转换工具
from tensorflow.keras.utils import to_categorical
# 给标签增加维度,使其满足模型的需要
# 原始标签，比如训练集标签的维度信息是[60000, 28, 28, 1]
X_train = X_train_image.reshape(60000,28,28,1)
X_test = X_test_image.reshape(10000,28,28,1)
 # 特征转换为one-hot编码
y_train = to_categorical(y_train_lable, 10)
y_test = to_categorical(y_test_lable, 10)


# 从 keras 中导入模型
from keras import models 
# 从 keras.layers 中导入神经网络需要的计算层
from keras.layers import Dense, Dropout, Flatten, Conv2D, MaxPooling2D
# 构建一个最基础的连续的模型，所谓连续，就是一层接着一层
model = models.Sequential()
# 第一层为一个卷积，卷积核大小为(3,3), 输出通道32，使用 relu 作为激活函数
model.add(Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', 
                 input_shape=(28,28,1)))
# 第二层为一个最大池化层，池化核为（2,2)
# 最大池化的作用，是取出池化核（2,2）范围内最大的像素点代表该区域
# 可减少数据量，降低运算量。
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
# 又经过一个（3,3）的卷积，输出通道变为64，也就是提取了64个特征。
# 同样为 relu 激活函数
model.add(Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'))
# 上面通道数增大，运算量增大，此处再加一个最大池化，降低运算
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
# dropout 随机设置一部分神经元的权值为零，在训练时用于防止过拟合
# 这里设置25%的神经元权值为零
model.add(Dropout(0.25)) 
# 将结果展平成1维的向量
model.add(Flatten())
# 增加一个全连接层，用来进一步特征融合
model.add(Dense(128, activation='relu'))
# 再设置一个dropout层，将50%的神经元权值为零，防止过拟合
# 由于一般的神经元处于关闭状态，这样也可以加速训练
model.add(Dropout(0.5)) 
# 最后添加一个全连接+softmax激活，输出10个分类，分别对应0-9 这10个数字
model.add(Dense(10, activation='softmax'))


# 编译上述构建好的神经网络模型
# 指定优化器为 rmsprop
# 制定损失函数为交叉熵损失
model.compile(optimizer='rmsprop',
              loss='categorical_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

# 开始训练              
model.fit(X_train, y_train, # 指定训练特征集和训练标签集
          validation_split = 0.3, # 部分训练集数据拆分成验证集
          epochs=5, # 训练轮次为5轮
          batch_size=128) # 以128为批量进行训练



# 在测试集上进行模型评估
score = model.evaluate(X_test, y_test) 
print('测试集预测准确率:', score[1]) # 打印测试集上的预测准确率



# 预测验证集第一个数据
pred = model.predict(X_test[0].reshape(1, 28, 28, 1)) 
# 把one-hot码转换为数字
print(pred[0],"转换一下格式得到：",pred.argmax())
 # 导入绘图工具包
import matplotlib.pyplot as plt
# 输出这个图片
plt.imshow(X_test[0].reshape(28, 28),cmap='Greys')