深度学习|Keras识别MNIST手写数字（CNN）

材料和方法

今天继续使用MNIST数据。
方法：
这次使用的方法为卷积神经网络（CNN）。卷积神经网络通过卷积层，池化层来做特征的提取，最后再连上全连接网络。

卷积层

卷积层就是通过多个filter来生成多张图片，其运算如图所示。

池化层

池化层就是对图像进行缩减采样，让保证数据特征的情况下减少计算开销。

数据处理

卷积神经网络和之前的处理不一样，要将图片转换为三维的（RGB），这里MNIST为灰度图，所以是二维的。

from keras.datasets import mnist
from keras.utils import np_utils
import numpy as np
np.random.seed(10)

(x_Train, y_Train), (x_Test, y_Test) = mnist.load_data()
x_Train4D=x_Train.reshape(x_Train.shape[0],28,28,1).astype('float32')
x_Test4D=x_Test.reshape(x_Test.shape[0],28,28,1).astype('float32')
x_Train4D_normalize = x_Train4D / 255
x_Test4D_normalize = x_Test4D / 255
y_Train = np_utils.to_categorical(y_Train)
y_Test = np_utils.to_categorical(y_Test)

CNN建模

建立模型

from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense,Dropout,Flatten,Conv2D,MaxPooling2D

model = Sequential()
model.add(Conv2D(filters=16,
                 kernel_size=(5,5),
                 padding='same',
                 input_shape=(28,28,1), 
                 activation='relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
model.add(Conv2D(filters=36,
                 kernel_size=(5,5),
                 padding='same',
                 activation='relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
model.add(Dropout(0.25))
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128, activation='relu'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(10,activation='softmax'))

模型训练

model.compile(loss='categorical_crossentropy',
              optimizer='adam',metrics=['accuracy']) 
train_history=model.fit(x=x_Train4D_normalize, 
                        y=y_Train,validation_split=0.2, 
                        epochs=20, batch_size=300,verbose=2)

模型测试

精度明显高于MLP模型。