keras实现用AlexNet模型对四种天气数据集分类，并绘制图像

首先，我们需要准备四种天气数据集，分别是晴天、阴天、多云和雨天。每个数据集中应该包含一些图片，这些图片应该被标记为相应的类别。

接下来，我们使用Keras实现AlexNet模型。下面是一个简单的代码示例：

from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Dropout, Flatten
from keras.layers import Conv2D, MaxPooling2D

# 定义AlexNet模型
model = Sequential()
model.add(Conv2D(96, (11, 11), strides=(4, 4), activation='relu', input_shape=(227, 227, 3)))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(3, 3), strides=(2, 2)))
model.add(Conv2D(256, (5, 5), strides=(1, 1), activation='relu', padding='same'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(3, 3), strides=(2, 2)))
model.add(Conv2D(384, (3, 3), strides=(1, 1), activation='relu', padding='same'))
model.add(Conv2D(384, (3, 3), strides=(1, 1), activation='relu', padding='same'))
model.add(Conv2D(256, (3, 3), strides=(1, 1), activation='relu', padding='same'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(3, 3), strides=(2, 2)))
model.add(Flatten())
model.add(Dense(4096, activation='relu'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(4096, activation='relu'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(4, activation='softmax'))

# 编译模型
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])

在这段代码中，我们使用了Keras的Sequential模型，它允许我们按顺序添加层。我们首先添加了一层卷积层，其过滤器数目为96，过滤器大小为11x11，步幅为4x4，并使用ReLU激活函数。接下来，我们添加了一个最大池化层，池化窗口大小为3x3，步幅为2x2。我们继续添加卷积层和池化层，直到最后一层卷积层。然后，我们添加了三个全连接层，其中最后一个层使用softmax激活函数，以便我们可以获得每个类别的概率。最后，我们使用编译函数来配置模型的损失函数、优化器和评估指标。

接下来，我们加载并预处理数据集，并将其拆分成训练集和测试集：

import os
import cv2
import numpy as np
from sklearn.model_selection import train_test_split
from keras.utils import to_categorical

# 加载数据
def load_data():
    data = []
    labels = []
    for label, name in enumerate(['sunny', 'cloudy', 'overcast', 'rainy']):
        folder = os.path.join('data', name)
        for filename in os.listdir(folder):
            img = cv2.imread(os.path.join(folder, filename))
            img = cv2.resize(img, (227, 227))
            data.append(img)
            labels.append(label)
    return np.array(data), np.array(labels)

# 加载数据集
data, labels = load_data()

# 将标签转换为分类格式
labels = to_categorical(labels)

# 将数据集拆分为训练集和测试集
train_data, test_data, train_labels, test_labels = train_test_split(data, labels, test_size=0.2, random_state=42)

在这里，我们使用cv2库加载和调整图片大小。然后，我们将标签转换为分类格式，并使用train_test_split函数将数据集拆分为训练集和测试集。

现在，我们可以开始训练我们的模型了：

# 训练模型
history = model.fit(train_data, train_labels, batch_size=32, epochs=10, validation_data=(test_data, test_labels))

# 绘制训练和验证准确率曲线
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(history.history['accuracy'])
plt.plot(history.history['val_accuracy'])
plt.title('Model accuracy')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.xlabel('Epoch')
plt.legend(['Train', 'Test'], loc='upper left')
plt.show()

在这里，我们使用fit函数拟合我们的模型，并指定批量大小和迭代次数。我们还使用validation_data参数来指定测试数据集。在训练完成后，我们使用matplotlib库绘制训练和验证准确率曲线。

最后，我们可以使用我们的模型进行预测，并在图像上标记预测结果：

# 进行预测
predictions = model.predict(test_data)

# 绘制预测结果
import random
fig, axes = plt.subplots(4, 4, figsize=(12, 12))
for i, ax in enumerate(axes.flat):
    idx = random.randint(0, len(test_data))
    ax.imshow(test_data[idx])
    ax.set_title('True:{}, Pred:{}'.format(['sunny', 'cloudy', 'overcast', 'rainy'][np.argmax(test_labels[idx])], ['sunny', 'cloudy', 'overcast', 'rainy'][np.argmax(predictions[idx])]))
    ax.axis('off')
plt.show()

在这里，我们使用predict函数对测试数据集进行预测，并在图像上标记预测结果。我们使用matplotlib库绘制图像网格，每个图像都包含真实标签和预测标签。