使用Keras构造简单的CNN网络实例
1. 导入各种模块
基本形式为：
import 模块名
from 某个文件 import 某个模块
2. 导入数据（以两类分类问题为例，即numClass = 2）
训练集数据data
可以看到，data是一个四维的ndarray
训练集的标签
3. 将导入的数据转化我keras可以接受的数据格式
keras要求的label格式应该为binary class matrices，所以，需要对输入的label数据进行转化，利用keras提高的to_categorical函数
label = np_utils.to_categorical(label, numClass
此时的label变为了如下形式
（注：PyCharm无法显示那么多的数据，所以下面才只显示了1000个数据，实际上该例子所示的数据集有1223个数据）
4. 建立CNN模型
以下图所示的CNN网络为例
#生成一个model
model = Sequential()
#layer1-conv1
model.add(Convolution2D(16, 3, 3, border_mode='valid',input_shape=data.shape[-3:]))
model.add(Activation('tanh'))#tanh
# layer2-conv2
model.add(Convolution2D(32, 3, 3, border_mode='valid'))
model.add(Activation('tanh'))#tanh
# layer3-conv3
model.add(Convolution2D(32, 3, 3, border_mode='valid'))
model.add(Activation('tanh'))#tanh
# layer4
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128, init='normal'))
model.add(Activation('tanh'))#tanh
# layer5-fully connect
model.add(Dense(numClass, init='normal'))
model.add(Activation('softmax'))
#
sgd = SGD(l2=0.1,lr=0.001, decay=1e-6, momentum=0.9, nesterov=True)
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer=sgd,class_mode="categorical")
5. 开始训练model
利用model.train_on_batch或者model.fit
补充知识：keras 多分类一些函数参数设置
用Lenet-5 识别Mnist数据集为例子：
采用下载好的Mnist数据压缩包转换成PNG图片数据集,加载图片采用keras图像预处理模块中的ImageDataGenerator。
首先import所需要的模块
from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator from keras.models import Model from keras.layers import MaxPooling2D,Input,Convolution2D from keras.layers import Dropout, Flatten, Dense from keras import backend as K
定义图像数据信息及训练参数
img_width, img_height = 28, 28 train_data_dir = 'dataMnist/train' #train data directory validation_data_dir = 'dataMnist/validation'# validation data directory nb_train_samples = 60000 nb_validation_samples = 10000 epochs = 50 batch_size = 32
判断使用的后台
if K.image_dim_ordering() == 'th': input_shape = (3, img_width, img_height) else: input_shape = (img_width, img_height, 3)
网络模型定义
主要注意最后的输出层定义
比如Mnist数据集是要对0~9这10种手写字符进行分类，那么网络的输出层就应该输出一个10维的向量，10维向量的每一维代表该类别的预测概率，所以此处输出层的定义为：
x = Dense(10,activation='softmax')(x)
此处因为是多分类问题，Dense()的第一个参数代表输出层节点数，要输出10类则此项值为10，激活函数采用softmax，如果是二分类问题第一个参数可以是1，激活函数可选sigmoid
img_input=Input(shape=input_shape)
x=Convolution2D(32, 3, 3, activation='relu', border_mode='same')(img_input)
x=MaxPooling2D((2,2),strides=(2, 2),border_mode='same')(x)
x=Convolution2D(32,3,3,activation='relu',border_mode='same')(x)
x=MaxPooling2D((2,2),strides=(2, 2),border_mode='same')(x)
x=Convolution2D(64,3,3,activation='relu',border_mode='same')(x)
x=MaxPooling2D((2,2),strides=(2, 2),border_mode='same')(x)
x = Flatten(name='flatten')(x)
x = Dense(64, activation='relu')(x)
x= Dropout(0.5)(x)
x = Dense(10,activation='softmax')(x)
model=Model(img_input,x)
model.compile(loss='binary_crossentropy',
optimizer='rmsprop',
metrics=['accuracy'])
model.summary()
利用ImageDataGenerator传入图像数据集
注意用ImageDataGenerator的方法.flow_from_directory()加载图片数据流时，参数class_mode要设为‘categorical'，如果是二分类问题该值可设为‘binary',另外要设置classes参数为10种类别数字所在文件夹的名字，以列表的形式传入。
train_datagen = ImageDataGenerator( rescale=1. / 255, shear_range=0.2, zoom_range=0.2, horizontal_flip=True) # this is the augmentation configuration we will use for testing: # only rescaling test_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1. / 255) train_generator = train_datagen.flow_from_directory( train_data_dir, target_size=(img_width, img_height), batch_size=batch_size, class_mode='categorical', #多分类问题设为'categorical' classes=['0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'] #十种数字图片所在文件夹的名字 ) validation_generator = test_datagen.flow_from_directory( validation_data_dir, target_size=(img_width, img_height), batch_size=batch_size, class_mode='categorical' )
训练和保存模型及权值
model.fit_generator(
train_generator,
samples_per_epoch=nb_train_samples,
nb_epoch=epochs,
validation_data=validation_generator,
nb_val_samples=nb_validation_samples
)
model.save_weights('Mnist123weight.h5')
model.save('Mnist123model.h5')
至此训练结束
图片预测
注意model.save()可以将模型以及权值一起保存，而model.save_weights()只保存了网络权值，此时如果要进行预测，必须定义有和训练出该权值所用的网络结构一模一样的一个网络。
此处利用keras.models中的load_model方法加载model.save()所保存的模型，以恢复网络结构和参数。
from keras.models import load_model
from keras.preprocessing.image import img_to_array, load_img
import numpy as np
classes=['0','1','2','3','4','5','6','7','8','9']
model=load_model('Mnist123model.h5')
while True:
img_addr=input('Please input your image address:')
if img_addr=="exit":
break
else:
img = load_img(img_addr, False, target_size=(28, 28))
x = img_to_array(img) / 255.0
x = np.expand_dims(x, axis=0)
result = model.predict(x)
ind=np.argmax(result,1)
print('this is a ', classes[ind])
