你能分别用梯度下降法和牛顿法实现MNIST数据集的训练及分类吗,给出python实现

时间: 2024-03-05 11:55:20 浏览: 15
当然可以!以下是使用梯度下降法和牛顿法实现MNIST数据集的训练及分类的 Python 代码: 首先,我们需要加载 MNIST 数据集,可以使用 `tensorflow` 中的 `keras` 库来加载数据集: ```python import tensorflow as tf from tensorflow import keras (x_train, y_train), (x_test, y_test) = keras.datasets.mnist.load_data() # 归一化 x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0 ``` 接下来,我们可以使用梯度下降法实现 MNIST 数据集的训练及分类: ```python import numpy as np # 将样本矩阵转换为向量 def flatten(X): m = X.shape[0] return X.reshape(m, -1) def init(X, y): m, n = X.shape X = np.hstack((np.ones((m, 1)), X)) y = y.reshape(-1, 1) theta = np.zeros((n+1, 1)) return X, y, theta # 计算sigmoid函数 def sigmoid(z): return 1 / (1 + np.exp(-z)) # 损失函数 def cost(theta, X, y): m = len(y) h = sigmoid(X @ theta) J = -1/m * (y.T @ np.log(h) + (1-y).T @ np.log(1-h)) return J # 梯度下降法 def gradient(theta, X, y): m = len(y) h = sigmoid(X @ theta) grad = 1/m * X.T @ (h - y) return grad def gradient_descent(X, y, theta, alpha, num_iters): J_history = np.zeros((num_iters, 1)) for i in range(num_iters): grad = gradient(theta, X, y) theta -= alpha * grad J_history[i] = cost(theta, X, y) return J_history, theta # 初始化 X_train_flatten = flatten(x_train) X_test_flatten = flatten(x_test) X_train, Y_train, theta = init(X_train_flatten, y_train) # 梯度下降训练 alpha = 0.1 num_iters = 1000 J_history, theta = gradient_descent(X_train, Y_train, theta, alpha, num_iters) # 预测 X_test, Y_test, _ = init(X_test_flatten, y_test) y_pred = np.round(sigmoid(X_test @ theta)) accuracy = np.mean(y_pred == Y_test) * 100 print("Accuracy:", accuracy) ``` 接下来,我们可以使用牛顿法实现 MNIST 数据集的训练及分类: ```python # 计算sigmoid函数 def sigmoid(z): return 1 / (1 + np.exp(-z)) # 损失函数 def cost(theta, X, y): m = len(y) h = sigmoid(X @ theta) J = -1/m * (y.T @ np.log(h) + (1-y).T @ np.log(1-h)) return J # 梯度 def gradient(theta, X, y): m = len(y) h = sigmoid(X @ theta) grad = 1/m * X.T @ (h - y) return grad # Hessian矩阵 def hessian(theta, X): m = X.shape[0] h = sigmoid(X @ theta) H = 1/m * (X.T @ np.diag(h.ravel()) @ np.diag((1-h).ravel()) @ X) return H # 牛顿法 def newton(theta, X, y): J_history = [] for i in range(10): grad = gradient(theta, X, y) H = hessian(theta, X) theta -= np.linalg.inv(H) @ grad J_history.append(cost(theta, X, y)) return J_history, theta # 初始化 X_train_flatten = flatten(x_train) X_test_flatten = flatten(x_test) X_train, Y_train, theta = init(X_train_flatten, y_train) # 牛顿法训练 J_history, theta = newton(theta, X_train, Y_train) # 预测 X_test, Y_test, _ = init(X_test_flatten, y_test) y_pred = np.round(sigmoid(X_test @ theta)) accuracy = np.mean(y_pred == Y_test) * 100 print("Accuracy:", accuracy) ``` 以上就是使用梯度下降法和牛顿法实现MNIST数据集的训练及分类的 Python 代码。需要注意的是,这里我们只是简单地使用了逻辑回归模型对 MNIST 数据集进行分类,在实际应用中可能需要更加复杂的模型和算法来提高分类准确率。

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