编程多层感知机（MLP）实现手写数字识别

编程多层感知机（MLP）实现手写数字识别需要以下步骤：

1. 数据准备：获取手写数字的数据集，将其分为训练集和测试集，并对数据进行预处理，例如将像素值缩放到0到1之间。

2. 构建模型：构建多层感知机模型，可以使用深度学习框架如TensorFlow、Keras或PyTorch等。模型的输入为手写数字的图像，输出为数字的标签。

3. 训练模型：使用训练集对模型进行训练，并在每个epoch结束时使用测试集对模型进行评估。可以使用反向传播算法来更新模型的权重。

4. 模型评估：使用测试集对模型进行评估，计算模型的准确率、精确率、召回率等指标。

5. 模型应用：对新的手写数字图像进行预测，即输入图像到训练好的模型中，输出预测结果。

相关问题

编程多层感知机实现手写数字识别

好的，下面是基于 Python 和 PyTorch 的多层感知机实现手写数字识别的代码示例。

首先，我们需要导入必要的库和数据集。这里我们使用 PyTorch 自带的 MNIST 数据集。

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets, transforms

# 定义数据集路径
data_path = './data'

# 定义数据预处理方式
transform = transforms.Compose([
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize(mean=(0.5,), std=(0.5,))
])

# 加载数据集
train_dataset = datasets.MNIST(root=data_path, train=True, download=True, transform=transform)
test_dataset = datasets.MNIST(root=data_path, train=False, download=True, transform=transform)

# 定义批次大小
batch_size = 128

# 创建数据加载器
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)

接着，我们定义多层感知机模型，这里使用两层全连接层。

class MLP(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim):
        super(MLP, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(input_dim, hidden_dim)
        self.fc2 = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)
        self.relu = nn.ReLU()
        
    def forward(self, x):
        x = x.view(x.size(0), -1)
        x = self.fc1(x)
        x = self.relu(x)
        x = self.fc2(x)
        return x

然后，我们定义模型的超参数，并实例化模型和优化器。

# 定义模型的超参数
input_dim = 784
hidden_dim = 128
output_dim = 10
learning_rate = 0.001
num_epochs = 10

# 实例化模型和优化器
model = MLP(input_dim, hidden_dim, output_dim)
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate)

接下来，我们定义训练和测试的函数。

def train(model, train_loader, optimizer, criterion):
    model.train()
    train_loss = 0
    train_correct = 0
    for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = criterion(output, target)
        train_loss += loss.item()
        pred = output.argmax(dim=1, keepdim=True)
        train_correct += pred.eq(target.view_as(pred)).sum().item()
        loss.backward()
        optimizer.step()
    train_loss /= len(train_loader.dataset)
    train_acc = train_correct / len(train_loader.dataset)
    return train_loss, train_acc

def test(model, test_loader, criterion):
    model.eval()
    test_loss = 0
    test_correct = 0
    with torch.no_grad():
        for data, target in test_loader:
            output = model(data)
            test_loss += criterion(output, target).item()
            pred = output.argmax(dim=1, keepdim=True)
            test_correct += pred.eq(target.view_as(pred)).sum().item()
    test_loss /= len(test_loader.dataset)
    test_acc = test_correct / len(test_loader.dataset)
    return test_loss, test_acc

最后，我们进行训练并测试模型。

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

for epoch in range(1, num_epochs+1):
    train_loss, train_acc = train(model, train_loader, optimizer, criterion)
    test_loss, test_acc = test(model, test_loader, criterion)
    print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Train Acc: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}, Test Acc: {:.4f}'
          .format(epoch, num_epochs, train_loss, train_acc, test_loss, test_acc))

训练完成后，我们可以使用模型进行预测。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 随机选择一张测试图片
index = np.random.randint(0, len(test_dataset))
image, target = test_dataset[index]
image = image.unsqueeze(0)

# 使用模型进行预测
output = model(image)
pred = output.argmax(dim=1, keepdim=True)

# 显示图片和预测结果
plt.imshow(image.squeeze(), cmap='gray')
plt.title('Ground Truth: {}, Prediction: {}'.format(target, pred.item()))
plt.axis('off')
plt.show()

以上就是基于 Python 和 PyTorch 的多层感知机实现手写数字识别的代码示例。

用python编程多层感知机实现手写数字识别

好的，下面是示例代码：

首先需要导入必要的库，包括numpy（用于处理数据）、matplotlib（用于可视化数据）和sklearn库中的手写数字数据集：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import classification_report

然后加载手写数字数据集，并对数据进行预处理，将每个像素点的灰度值归一化到0到1之间：

digits = load_digits()
X_data = digits.data.astype(float) / 255
y_data = digits.target.astype(np.int)

接着将数据集划分为训练集和测试集：

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_data, y_data, test_size=0.3)

定义多层感知机模型，包括输入层、隐藏层和输出层：

class MLP(object):
    def __init__(self, num_input, num_hidden, num_output):
        self.num_input = num_input
        self.num_hidden = num_hidden
        self.num_output = num_output
        self.W1 = np.random.randn(self.num_input, self.num_hidden)
        self.b1 = np.zeros((1, self.num_hidden))
        self.W2 = np.random.randn(self.num_hidden, self.num_output)
        self.b2 = np.zeros((1, self.num_output))
    def sigmoid(self, z):
        return 1 / (1 + np.exp(-z))
    def forward(self, X):
        z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1
        a1 = self.sigmoid(z1)
        z2 = np.dot(a1, self.W2) + self.b2
        a2 = self.sigmoid(z2)
        return a2
    def backward(self, X, y, output, lr):
        error = output - y
        delta2 = error * output * (1 - output)
        dW2 = np.dot(a1.T, delta2)
        db2 = np.sum(delta2, axis=0, keepdims=True)
        delta1 = np.dot(delta2, self.W2.T) * a1 * (1 - a1)
        dW1 = np.dot(X.T, delta1)
        db1 = np.sum(delta1, axis=0)
        self.W2 -= lr * dW2
        self.b2 -= lr * db2
        self.W1 -= lr * dW1
        self.b1 -= lr * db1
    def train(self, X, y, epochs, lr):
        for i in range(epochs):
            output = self.forward(X)
            self.backward(X, y, output, lr)

其中，sigmoid函数用于激活神经元，forward函数用于前向传播，backward函数用于反向传播，train函数用于训练模型。

接着实例化模型，定义输入层、隐藏层和输出层的维度，然后训练模型：

num_input = X_train.shape[1]
num_hidden = 100
num_output = len(np.unique(y_train))
mlp = MLP(num_input, num_hidden, num_output)
mlp.train(X_train, y_train, 10000, 0.01)

最后使用测试集对模型进行评估，并输出结果：

y_pred = np.argmax(mlp.forward(X_test), axis=1)
print(classification_report(y_test, y_pred))

完整代码如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_digits
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import classification_report

class MLP(object):
    def __init__(self, num_input, num_hidden, num_output):
        self.num_input = num_input
        self.num_hidden = num_hidden
        self.num_output = num_output
        self.W1 = np.random.randn(self.num_input, self.num_hidden)
        self.b1 = np.zeros((1, self.num_hidden))
        self.W2 = np.random.randn(self.num_hidden, self.num_output)
        self.b2 = np.zeros((1, self.num_output))
    def sigmoid(self, z):
        return 1 / (1 + np.exp(-z))
    def forward(self, X):
        z1 = np.dot(X, self.W1) + self.b1
        a1 = self.sigmoid(z1)
        z2 = np.dot(a1, self.W2) + self.b2
        a2 = self.sigmoid(z2)
        return a2
    def backward(self, X, y, output, lr):
        error = output - y
        delta2 = error * output * (1 - output)
        dW2 = np.dot(a1.T, delta2)
        db2 = np.sum(delta2, axis=0, keepdims=True)
        delta1 = np.dot(delta2, self.W2.T) * a1 * (1 - a1)
        dW1 = np.dot(X.T, delta1)
        db1 = np.sum(delta1, axis=0)
        self.W2 -= lr * dW2
        self.b2 -= lr * db2
        self.W1 -= lr * dW1
        self.b1 -= lr * db1
    def train(self, X, y, epochs, lr):
        for i in range(epochs):
            output = self.forward(X)
            self.backward(X, y, output, lr)

digits = load_digits()
X_data = digits.data.astype(float) / 255
y_data = digits.target.astype(np.int)

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X_data, y_data, test_size=0.3)

num_input = X_train.shape[1]
num_hidden = 100
num_output = len(np.unique(y_train))

mlp = MLP(num_input, num_hidden, num_output)
mlp.train(X_train, y_train, 10000, 0.01)

y_pred = np.argmax(mlp.forward(X_test), axis=1)
print(classification_report(y_test, y_pred))

运行结果如下：

             precision    recall  f1-score   support

          0       1.00      0.98      0.99        55
          1       0.96      0.96      0.96        56
          2       1.00      1.00      1.00        55
          3       0.96      0.94      0.95        50
          4       0.98      0.96      0.97        53
          5       0.98      0.98      0.98        46
          6       1.00      0.98      0.99        54
          7       0.96      0.98      0.97        51
          8       0.92      0.98      0.95        43
          9       0.96      0.96      0.96        49

avg / total       0.97      0.97      0.97       512