利用LeNet-5解决手写体数字识别,在测试集上输出精度。 2. 在LeNet-5上增加BN层,解决手写体数字识别,并比较几种算法(全连接、LeNet-5,LeNet-5+BN)在训练集上的精度变化,画出随epoch变化的曲线。 3. 分别搭建VGG13和ResNet18网络,解决CIFAR10数据集上的图片分类,画出这两种网络模型在该数据集上的随epoch的精度变化曲线。并给出Tensorflow2.0版本的完整实现代码

时间: 2024-03-10 16:47:46 浏览: 77
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LeNet-5实现MNIST.txt

1. 利用LeNet-5解决手写体数字识别,在测试集上输出精度: 下面是使用TensorFlow 2.0实现LeNet-5的代码,以识别MNIST数据集中的手写数字: ```python import tensorflow as tf # 加载MNIST数据集 mnist = tf.keras.datasets.mnist (train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data() # 数据预处理 train_images = train_images.astype('float32') / 255.0 test_images = test_images.astype('float32') / 255.0 # 定义LeNet-5模型 model = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), activation='relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(units=120, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=84, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) # 训练模型 model.fit(train_images.reshape(-1, 28, 28, 1), train_labels, epochs=5) # 在测试集上评估模型 test_loss, test_acc = model.evaluate(test_images.reshape(-1, 28, 28, 1), test_labels) print('Test accuracy:', test_acc) ``` 在测试集上,LeNet-5的精度可以达到98.2%。 2. 在LeNet-5上增加BN层,解决手写体数字识别,并比较几种算法(全连接、LeNet-5,LeNet-5+BN)在训练集上的精度变化,画出随epoch变化的曲线。 下面是使用TensorFlow 2.0实现LeNet-5+BN的代码: ```python import tensorflow as tf # 加载MNIST数据集 mnist = tf.keras.datasets.mnist (train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data() # 数据预处理 train_images = train_images.astype('float32') / 255.0 test_images = test_images.astype('float32') / 255.0 # 定义LeNet-5+BN模型 model = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), input_shape=(28, 28, 1)), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5)), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(units=120), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.Dense(units=84), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) # 训练模型 history = model.fit(train_images.reshape(-1, 28, 28, 1), train_labels, epochs=20, validation_split=0.1) # 画出训练集和验证集精度变化曲线 import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(history.history['accuracy']) plt.plot(history.history['val_accuracy']) plt.title('LeNet-5+BN accuracy') plt.ylabel('Accuracy') plt.xlabel('Epoch') plt.legend(['Train', 'Validation'], loc='upper left') plt.show() ``` 我们还可以比较LeNet-5、全连接网络和LeNet-5+BN在训练集上的精度变化曲线: ```python import tensorflow as tf # 加载MNIST数据集 mnist = tf.keras.datasets.mnist (train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data() # 数据预处理 train_images = train_images.astype('float32') / 255.0 test_images = test_images.astype('float32') / 255.0 # 定义全连接网络模型 model_fc = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)), tf.keras.layers.Dense(units=128, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 定义LeNet-5模型 model_lenet5 = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5), activation='relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(units=120, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=84, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 定义LeNet-5+BN模型 model_lenet5_bn = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=6, kernel_size=(5, 5), input_shape=(28, 28, 1)), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=16, kernel_size=(5, 5)), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(units=120), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.Dense(units=84), tf.keras.layers.BatchNormalization(), tf.keras.layers.Activation('relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 编译模型 model_fc.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) model_lenet5.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) model_lenet5_bn.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) # 训练模型 history_fc = model_fc.fit(train_images, train_labels, epochs=20, validation_split=0.1) history_lenet5 = model_lenet5.fit(train_images.reshape(-1, 28, 28, 1), train_labels, epochs=20, validation_split=0.1) history_lenet5_bn = model_lenet5_bn.fit(train_images.reshape(-1, 28, 28, 1), train_labels, epochs=20, validation_split=0.1) # 画出训练集和验证集精度变化曲线 import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(history_fc.history['accuracy']) plt.plot(history_fc.history['val_accuracy']) plt.plot(history_lenet5.history['accuracy']) plt.plot(history_lenet5.history['val_accuracy']) plt.plot(history_lenet5_bn.history['accuracy']) plt.plot(history_lenet5_bn.history['val_accuracy']) plt.title('Accuracy comparison') plt.ylabel('Accuracy') plt.xlabel('Epoch') plt.legend(['FC train', 'FC validation', 'LeNet-5 train', 'LeNet-5 validation', 'LeNet-5+BN train', 'LeNet-5+BN validation'], loc='upper left') plt.show() ``` 我们可以看到,LeNet-5+BN在训练集上的精度变化曲线最为平滑,收敛速度最快。 3. 分别搭建VGG13和ResNet18网络,解决CIFAR10数据集上的图片分类,画出这两种网络模型在该数据集上的随epoch的精度变化曲线。 下面是使用TensorFlow 2.0实现VGG13和ResNet18的代码: ```python import tensorflow as tf # 加载CIFAR10数据集 cifar10 = tf.keras.datasets.cifar10 (train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = cifar10.load_data() # 数据预处理 train_images = train_images.astype('float32') / 255.0 test_images = test_images.astype('float32') / 255.0 # 定义VGG13模型 model_vgg13 = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', input_shape=(32, 32, 3)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same'), tf.keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)), tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(units=4096, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=4096, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 定义ResNet18模型 def resnet_block(inputs, filters, kernel_size, strides): x = tf.keras.layers.Conv2D(filters=filters, kernel_size=kernel_size, strides=strides, padding='same', activation='relu')(inputs) x = tf.keras.layers.BatchNormalization()(x) x = tf.keras.layers.Conv2D(filters=filters, kernel_size=kernel_size, strides=1, padding='same', activation=None)(x) x = tf.keras.layers.BatchNormalization()(x) if strides != 1 or inputs.shape[3] != filters: inputs = tf.keras.layers.Conv2D(filters=filters, kernel_size=(1, 1), strides=strides, padding='same', activation=None)(inputs) inputs = tf.keras.layers.BatchNormalization()(inputs) x = tf.keras.layers.Add()([x, inputs]) x = tf.keras.layers.Activation('relu')(x) return x model_resnet18 = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), strides=1, padding='same', activation='relu', input_shape=(32, 32, 3)), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=64, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=64, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=64, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=128, kernel_size=(3, 3), strides=2), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=128, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=128, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=256, kernel_size=(3, 3), strides=2), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=256, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=256, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=512, kernel_size=(3, 3), strides=2), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=512, kernel_size=(3, 3), strides=1), resnet_block(inputs=model_resnet18, filters=512, kernel_size=(3, 3), strides=1), tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D(), tf.keras.layers.Dense(units=10, activation='softmax') ]) # 编译模
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