tensorflow 学习

Tensorflow

2015年11月的一天，Google发布了Tensorflow的白皮书并很快将Tensorflow开源。以Google的技术影响力，这个新闻在技术圈很快扩散，大家听着这个陌生的名词兴奋而又没有太多头绪。Tensor到底是什么，Tensorflow什么定位，Google为什么要将它开源...
2016年3月，AlphaGo与围棋世界冠军、职业九段棋手李世石进行围棋人机大战，以4比1的总比分获胜；
2016年末2017年初AlphaGo在中国棋类网站上以“大师”（Master）为注册账号与中日韩数十位围棋高手进行快棋对决，连续60局无一败绩
2017年5月27日，在柯洁与AlphaGo的人机大战之后，阿尔法围棋团队宣布AlphaGo将不再参加围棋比赛。
2017年10月18日，DeepMind团队公布了最强版AlphaGo，代号[AlphaGo Zero](https://baike.baidu.com/item/AlphaGo Zero) 采用无监督学习

Operations(OP)

Tensorflow中全部操作均视为是OP，例如传入Tensor、运算、会话

Tensor(张量)

Tensorflow中所有传入的数据统称为Tensor，Tensor可以理解为一个容器

标量(纯量)

零维的Tensor称之为标量，简单来说就是一个一个的数字例如：

1,2,3,4,5

向量

一维Tensor称之为向量可以用一维数组来表示，相当于一列数据或者一行数据例如：

[1,2,3,4,5,6] 
[2,3,4,5,6]

矩阵

二维Tensor称之为矩阵，可以用二维数组来表示，相当于一张表例如：

[
	[1,2,3,4,5,6],
	[2,3,4,5,6,7],
	[3,4,5,6,7,8]
]
[[1,2,3,4,5,6],	[2,3,4,5,6,7],[3,4,5,6,7,8]]

N阶张量

我们把超过二阶的Tensor称之为N阶张量，例如N=3 称为三阶张量,同样，我们也可以把向量称为一阶张量，矩阵称为二阶张量

[[[[[2,3,4,5,5],[1,2,3,3]][[1,2,3,3,],[2,2,2,3]...]]]]

Graph(图)

我们把用来承载op及tensor的容器称之为Graph，每个Tensorflow 程序都有一个默认图，可创建新的图

默认图

# 使用默认图
a = tf.constant(3.0)
b = tf.constant(3.0)
t1 = tf.add(a,b)
graph = tf.get_default_graph()

自定义图

#创新新图
g1 = tf.Graph()
with g1.as_default():
    c = tf.constant(32.0)
    d = tf.constant(32.0)
    t2 = tf.add(c,d)

Session(会话)

用来运行Graph的OP称之为Session ，一个Session每次只能运行一个Graph，Session也是一个OP，Session不指定图时，默认执行默认图，指定图时执行指定图

指定图

g1 = tf.Graph()
with g1.as_default():
    # 定义op及tensor
    c = tf.constant(32.0)
    d = tf.constant(32.0)
    t2 = tf.add(c,d)
with tf.Session(graph=g1) as sess:
	  sess.run(g1)

变量

创建变量也是一个op，tensorflow中变量使用tf.Variable来创建，变量可以持久化保存，普通tensor不能，定义一个变量op的时候一定要在Session中初始化

# 定义tensor
x = tf.constant([1,2,3,4,5])
# 定义变量
b = tf.Variable(tf.random_normal([2,3],mean=0.0,stddev=1.0))
# 定义出初始化 只是定义未执行
init = tf.global_variables_initializer()
with tf.Session() as sess:
    # 执行初始化变量
    sess.run(init)
    # 执行打印变量
    print(sess.run(b))

可视化

Ttensorflow提供了web可视化工具，通过使用tf.summary.FileWriter方法输出序列化文件，通过tensorboard读取序列化文件并展示出来，可以通过op的name属性控制后台显示

输出序列化

#tf.summary.FileWriter('文件输出目录',graph=指定的图)
tf.summary.FileWriter('./tmp/summary/test/',graph=sess.graph)

读取序列文件启动web服务

#tensorboard --logdir="序列化文件目录"
tensorboard --logdir="./tmp/summary/test"

Numpy

Numpy是一个科学计算库，底层使用c++实现，并解除了Python的全局解释器锁，提高了性能，常用多维矩阵操作

多维运算

#创建ndarray类型数据
arr = np.array([[[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255]],[[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255]],[[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255],[255,255,255,255,255]]])
#ndarray类型可直接进行运算
arr = arr/255.0
#输入出计算结果
print('arr',arr)

线性回归

公式

y = xw + b

x 特征值
y 目标值
w 权重
b 偏置量

作用

使用特增值目标值推导出线性回归模型，使模型在获得一个新的特征值时，可以预测出目标值

梯度下降

使用梯度下降来优化损失函数

# tf.train.GradientDescentOptimizer(学习率).minimize(损失)
tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)

梯度爆炸

在极端情况下 学习率过大，导致权重的值变得非常大 以至于溢出 出现NaN
这种现象称之为梯度爆炸

代码

#线性回归模型
def line():
    # 1 建立数据
    # 创建特征数据 1个特征 100个样本 1个目标
    x = tf.random_normal([100, 1], mean=1.75, stddev=0.5, name='x')
    # 真实值 假设 矩阵相乘 必须是矩阵
    y_true = tf.matmul(x, [[0.7]]) + 0.8
    # 2 建立线性回归模型 1个特征 1个权重 1个偏置量 y=xw+b
    # 随机给一个权重和偏置 然后在当前状态下优化
    # 随机建立权重 需要相乘 所以建立一个1行1列的矩阵  trainable字段默认为true 当trainable为true时 优化算法可以根据优化改变此值
    w = tf.Variable(tf.random_normal([1, 1]),name='w',trainable=True)
    # 建立偏置 因为相加所以可以为一个标量
    b = tf.Variable(0.0)
    # 建立模型 当前的训练结果 输出训练好的矩阵
    y_p = tf.matmul(x, w) + b
    # 3 建立损失函数
    loss = tf.reduce_mean(tf.square(y_true - y_p))
    # 优化损失函数  根据学习率和损失函数，改变Variable变量优化结果 学习率过大，可能引起数据指数级增长，产生梯度爆炸
    train_op = tf.train.GradientDescentOptimizer(0.1).minimize(loss)
    # 初始化变量
    inita = tf.global_variables_initializer()
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(inita)
        for i in range(1000):
            print('随机初始化权重{} 偏置{} '.format(w.eval(), b.eval()))
            info = sess.run(train_op)
            file = tf.summary.FileWriter('./tmp/summary/test/', graph=sess.graph)
if __name__ == '__main__':
    line()