【Python机器学习】神经网络中全连接层与线性回归的讲解及实战(Tensorflow、MindSpore平台 附源码)
创始人
2024-04-26 18:56:54
0次

需要全部代码请点赞关注收藏后评论区留言私信~~~

全连接层与线性回归

神经网络模型也是参数学习模型,因为对它的学习只是得到神经网络参数的最优值,而神经网络的结构必须事先设计好。如果确实不能通过改进学习过程来达到理想效果,则要重新设计神经网络的结构。

层状神经网络的隐层和输出层具有处理信息的能力,它们又可细分为全连接层、卷积层、池化层、LSTM层等等,通过适当排列可以组合成适应不同任务的网络。

全连接层是层状神经网络最基本的层,本小节从线性回归模型入手,深入讨论全连接层。

线性回归模型改写为:

 

神经元模型

 

可以将线性回归看成是神经元模型,其阈值θ=w^(0),其激励函数为等值函数f(x)=x,即该神经元是没有激励函数的特殊神经元。

先定义一个二维平面上的线性目标函数并用它来生成训练样本,再定义一个代表线性回归模型的神经网络,然后用训练样本对该网络进行训练,并在训练的过程中动态显示线性模型的拟合过程。

效果如下 

 

 代码如下

### 定义训练样本生成函数
import numpy as np
np.random.seed(1101) # 指定随机数种子,产生相同的随机数,便于观察试验结果def f(x, w=3.0, b=1.0): # 目标函数return x * w + bdef get_data(num):for _ in range(num):x = np.random.uniform(-10.0, 10.0)noise = np.random.normal(0, 3)y = f(x) + noiseyield np.array([x]).astype(np.float32), np.array([y]).astype(np.float32)
### 生成训练样本并增强
from mindspore import dataset as ds
import matplotlib.pyplot as pltdata_number = 80 # 样本总数
batch_size = 16 # 每批训练样本数(批梯度下降法)
repeat_size = 1train_data = list(get_data(data_number))
X, y = zip(*train_data)
plt.scatter(X, y, color="black", s=10)
xx = np.arange(-10.0, 10, 1)
yy = f(xx)
plt.plot(xx, yy, color="red", linewidth=1, linestyle='-')
plt.show()

按上述方法构建的层被称为全连接层(fully connected layers),它是层状神经网络最基本的层。

全连接层的每一个节点都与上一层的所有节点相连。设前一层的输出为X=(x_1, x_2,…,x_i,…,x_m),本层的输出为Y=(y_1, y_2,…,y_j,…,y_n),其中:

 

定义连接系数矩阵:

 

和阈值系数向量:

 

全连接层的计算可以写成矩阵形式:

 

在全连接层中,连接系数和阈值系数是要训练的参数,它们一共有m×n+n个。

动态拟合过程,当训练到第十轮左右的时候模型拟合度已经十分高了 

 

代码如下

import numpy as np
np.random.seed(1101) # 指定随机数种子,产生相同的随机数,便于观察试验结果def f(x, w=3.0, b=1.0): # 目标函数return x * w + bdef get_data(num):for _ in range(num):x = np.random.uniform(-10.0, 10.0)noise = np.random.normal(0, 3)y = f(x) + noiseyield np.array([x]).astype(np.float32), np.array([y]).astype(np.float32)
from mindspore import dataset as ds
import matplotlib.pyplot as pltdata_number = 80 # 样本总数
batch_size = 16 # 每批训练样本数(批梯度下降法)
repeat_size = 1train_data = list(get_data(data_number))
X, y = zip(*train_data)
plt.scatter(X, y, color="black", s=10)
xx = np.arange(-10.0, 10, 1)
yy = f(xx)
plt.plot(xx, yy, color="red", linewidth=1, linestyle='-')
plt.show()
import time
from mindspore import Tensordef plot_model_and_datasets(net, train_data):weight = net.trainable_params()[0]bias = net.trainable_params()[1]x = np.arange(-10, 10, 1)y = x * Tensor(weight).asnumpy()[0][0] + Tensor(bias).asnumpy()[0]x1, y1 = zip(*train_data)x_target = xy_target = f(x_target)plt.axis([-11, 11, -20, 25])plt.scatter(x1, y1, color="black", s=10)plt.plot(x, y, color="blue", linestyle=':', linewidth=2)plt.plot(x_target, y_target, color="red")plt.show()time.sleep(0.02)from IPython import display
from mindspore.train.callback import Callbackclass ImageShowCallback(Callback): # 回调类def __init__(self, net, train_data):self.net = netself.train_data = train_datadef step_end(self, run_context):plot_model_and_datasets(self.net, self.train_data)display.clear_output(wait=True)

 创作不易 觉得有帮助请点赞关注收藏~~~

相关内容

热门资讯

前端-session、jwt 目录:   (1)session (2&#x...
linux入门---制作进度条 了解缓冲区 我们首先来看看下面的操作: 我们首先创建了一个文件并在这个文件里面添加了...
关于测试,我发现了哪些新大陆 关于测试 平常也只是听说过一些关于测试的术语,但并没有使用过测试工具。偶然看到编程老师...
前缀和与对数器与二分法 1. 前缀和 假设有一个数组,我们想大量频繁的去访问L到R这个区间的和,...
nodejs:本地安装nvm实... 一、背景-使用不同版本node的原因 vue3+ts、nuxt3版本,node...
JAVA集合知识整理 Java集合知识整理 HashMap相关 HashMap的底层数据结构:jdk1.8之...
无刷直流电机介绍及单片机控制实... 无刷直流电机介绍及单片机控制实例前言基本概念优势与劣势使用寿命基本结构使用单片机控制实例电子调速器&...
fwdiary(2) dp2 1.传纸条  AcWing 275. 传纸条 - AcWing 走两条路,走一条最大的...
常用的DOS命令 常用的DOS命令 DOS(Disk Operating System,磁...
<C++> 类和对象(下) 1.const成员函数将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数,cons...