mnist手写数字识别PYTHON

时间: 2024-12-30 17:35:01 浏览: 7
### 使用Python实现MNIST手写数字识别 #### 加载必要的库和模块 为了完成这个任务,需要导入一些重要的库来处理数据、构建神经网络以及进行训练。 ```python import torch from torchvision import datasets, transforms from torch.utils.data import DataLoader import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np ``` #### 准备环境配置 确保使用合适的硬件资源(CPU/GPU),并设置随机种子以保证实验可重复性[^1]。 ```python device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu' print(f"Using {device} device") torch.manual_seed(0) if device == "cuda": torch.backends.cudnn.deterministic = True torch.backends.cudnn.benchmark = False ``` #### 获取与预处理数据集 下载MNIST数据集,并对其进行标准化转换操作。这一步骤对于提高模型性能至关重要[^3]。 ```python transform = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,)) ]) train_dataset = datasets.MNIST(root='./data', train=True, download=True, transform=transform) test_dataset = datasets.MNIST(root='./data', train=False, download=True, transform=transform) batch_size = 64 train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size * 2, shuffle=False) ``` #### 构建卷积神经网络(CNN) 定义一个简单的CNN架构用于图像分类任务。该网络由两个卷积层组成,后面跟着全连接层来进行最终预测。 ```python class Net(torch.nn.Module): def __init__(self): super().__init__() self.conv1 = torch.nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=32, kernel_size=(5, 5)) self.pool = torch.nn.MaxPool2d(kernel_size=(2, 2), stride=2) self.conv2 = torch.nn.Conv2d(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=(5, 5)) self.fc1 = torch.nn.Linear(in_features=64*4*4, out_features=512) self.fc2 = torch.nn.Linear(in_features=512, out_features=10) def forward(self, x): x = self.pool(torch.relu(self.conv1(x))) x = self.pool(torch.relu(self.conv2(x))) x = x.view(-1, 64*4*4) # Flatten tensor x = torch.relu(self.fc1(x)) output = self.fc2(x) return output model = Net().to(device=device) ``` #### 定义损失函数和优化器 选择交叉熵作为损失计算方式,并采用Adam算法更新权重参数。 ```python criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) ``` #### 开始训练过程 设定迭代次数和其他超参后启动训练循环,在每轮结束后评估当前模型的表现情况。 ```python epochs = 5 for epoch in range(epochs): running_loss = 0. for i, data in enumerate(train_loader, start=0): inputs, labels = data[0].to(device), data[1].to(device) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() if i % 100 == 99: print('[%d, %5d] loss: %.3f' % (epoch + 1, i + 1, running_loss / 100)) running_loss = 0. correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for data in test_loader: images, labels = data[0].to(device), data[1].to(device) outputs = model(images) _, predicted = torch.max(outputs.data, dim=-1) total += labels.size(0) correct += (predicted == labels).sum().item() accuracy = 100 * correct / total print('Accuracy of the network on the 10000 test images: {} %%'.format( accuracy)) ```
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