用TensorFlow实现线性回归

crazyjums
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本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

1 准备工作

利用TensorFlow做一个线性回归的案例，我们需要知道我们要干一些什么？我们要的干的活：

  • 1 准备数据
  • 2 构造模型
    • weights
    • bias
  • 3 构造损失函数
  • 4 优化损失
  • 5 运行代码（session）

2 开始写代码

  • 1 准备数据 X = tf.random_normal(shape=[100, 1],mean=0.0,stddev=1.0,name="feature") # 用高斯分布生成随机值， y_true = tf.matmul( X, [[0.8]]) + 0.7 # 用高斯分布生成随机值， 默认均值是0 方差是1
  • 2 构造模型
    • weights weights = tf.Variable(initial_value=tf.random_normal(shape=[1,1]),name="weights")
    • bias bias = tf.Variable(initial_value=tf.random_normal(shape=[1, 1]),name="bias")
    • 构造模型 y_predict = tf.matmul(X,weights) + bias
  • 3 构造损失函数 loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_predict))
  • 4 优化损失 optimaizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.01).minimize(loss)
  • 5 运行代码
# 显式的初始化变量
init = tf.global_variables_initializer()
# 开启会话
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)

    # 训练前
    print("训练前参数：")
    print("weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(),bias.eval(),loss.eval()))
    print("-"*10 + "我是分割线" + "-"*10)

    # 开始训练
    count = 0 # 训练次数
    # 这里我们认为误差小于e^-9时，为合格
    while loss.eval() > np.exp(-9):
        count += 1
        sess.run(optimaizer)

        # 训练后
        # print()
        print("第{3}次训练后参数：weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(),bias.eval(),loss.eval(),count))

3 搜集变量并显示tensorboard

步骤：

  • 1 创建事件 file_writer = tf.summary.FileWriter(graph=sess.graph,logdir="./temp")
  • 2 收集变量
tf.summary.scalar("loss",loss) # 标量
tf.summary.histogram("weights",weights)
tf.summary.histogram("bias",bias) # 收集高维变量
  • 3 合并变量 merged = tf.summary.merge_all()
  • 4 运行合并后的变量 summary = sess.run(merged) file_writer.add_summary(summary,count)

4 运行效果

4.1 迭代回归

liner regression

4.2 显示TensorBoard

进入到TensorBoard的目录，输入下面的命令tensorboard --logdir="./"，如下：
TensorBoard command
然后在浏览器输入http://127.0.0.1:6006访问，如下所示：
train result
如损失函数的图像吐如下：
loss image

5 增加命名空间

5.1 怎么增加命名空间？

给我们需要添加命名空间的地方加上如下语句：

# 这里以准备数据为例
# 1 准备数据
    with tf.variable_scope("prepare_date"):
        X = tf.random_normal(shape=[100, 1],mean=0.0,stddev=1.0,name="feature") # 用高斯分布生成随机值，
        y_true =  tf.matmul( X, [[0.8]]) + 0.7 # 用高斯分布生成随机值， 默认均值是0 方差是1

增加完命名空间之后的TensorBoard显示：
name space

7 模型的保存与加载

7.1 为什么要是用这个功能？

这里使用的线性回归只有几个参数，假如我们使用深度学习算法对模型进行训练时，可能会用到很多参数，假如中间有意外发生，比如说断电等，那么我们的训练就相当于白训练了。所以这里引入模型的保存与加载功能。

7.2 如何使用

首先定义一个保存器saver:

# 定义保存模型的保存器
saver = tf.train.Saver()

然后在训练时保存模型，当断电发生时，我们在加载模型。

  • 保存模型
if count % 10 == 0:
	saver.save(sess,"./temp/model.ckpt")
  • 加载模型
if os.path.exists("./temp/checkpoint"):
    saver.restore(sess,"./temp/model.ckpt")
    print("第{3}次训练后参数：weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(), bias.eval(), loss.eval(), count))

8 添加命令行参数

8.1 定义命令参数

## 定义命令行参数
FLGAS = tf.flags.FLAGS
dirc = tf.flags.DEFINE_string("dirc","./temp","模型保存的路径")

8.2 使用命令行参数

command parameter

8.3 tf.app.run的使用

首先定义个main函数，该main函数必须带参数argv，否则会报错 如下：

def main(argv):
    # liner_regression()
    print("dirc:{}".format(FLGAS.dirc))

然后在if __name__ == '__main__':中使用即可：

if __name__ == '__main__':
    tf.app.run()

9 完整代码

import tensorflow as tf
import os
import numpy as np
os.environ["TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL"]='3'




## 定义命令行参数
FLGAS = tf.flags.FLAGS
dirc = tf.flags.DEFINE_string("dirc","./temp","模型保存的路径")



def liner_regression():
    '''
    自实现一个线性回归
    y_true = 0.8X + 0.7
    :return:
    '''
    # 1 准备数据
    with tf.variable_scope("prepare_date"):
        X = tf.random_normal(shape=[100, 1],mean=0.0,stddev=1.0,name="feature") # 用高斯分布生成随机值，
        y_true =  tf.matmul( X, [[0.8]]) + 0.7 # 用高斯分布生成随机值， 默认均值是0 方差是1

    # 2 构造模型
    with tf.variable_scope("create_model"):
        # 模型构造用TensorFlow中的变量进行定义
        # 2.1 weights
        weights = tf.Variable(initial_value=tf.random_normal(shape=[1,1]),name="weights")
        # 2.2 bias
        bias = tf.Variable(initial_value=tf.random_normal(shape=[1, 1]),name="bias")
        # 2.3 构建模型
        y_predict = tf.matmul(X,weights) + bias

    # 3 构造损失函数
    with tf.variable_scope("create_loss_function"):
        loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_predict))

    # 4 优化损失 梯度下降算法
    with tf.variable_scope("loss_optimizer"):
        optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.01).minimize(loss)

    # 显式的初始化变量
    init = tf.global_variables_initializer()

    # 2) 收集变量
    tf.summary.scalar("loss",loss) # 标量
    tf.summary.histogram("weights",weights)
    tf.summary.histogram("bias",bias) # 收集高维变量

    # 3) 合并变量
    merged = tf.summary.merge_all()

    # 定义保存模型的保存器
    saver = tf.train.Saver()

    # 开启会话
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init)

        # 1) 创建事件
        file_writer = tf.summary.FileWriter(graph=sess.graph,logdir="./temp")

        # 训练前
        print("训练前参数：")
        print("weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(),bias.eval(),loss.eval()))
        print("-"*10 + "我是分割线" + "-"*10)

        # 开始训练
        count = 0 # 训练次数
        # 这里我们认为误差小于e^-9时，为合格
        # while loss.eval() > np.exp(-9):
        #     count += 1
        #     sess.run(optimizer)
        #
        #     # 训练后
        #     # print()
        #     print("第{3}次训练后参数：weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(),bias.eval(),loss.eval(),count))
        #
        #     # 4) 运行合并后的变量
        #     summary = sess.run(merged)
        #     file_writer.add_summary(summary,count)
        #
        #     # 开始保存模型
        #     if count % 10 == 0:
        #         saver.save(sess,"./temp/model.ckpt")


        ## 检验一下模型是否保存成功
        if os.path.exists("./temp/checkpoint"):
            saver.restore(sess,"./temp/model.ckpt")
            print("第{3}次训练后参数：weights:{0}|bias:{1}|loss:{2}".format(weights.eval(), bias.eval(), loss.eval(), count))


def main(argv):
    # liner_regression()
    print("dirc:{}".format(FLGAS.dirc))

if __name__ == '__main__':
    tf.app.run()

写在最后

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