multi_classification

多种模型进行多分类问题分析:


code

'''

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

N = 100 # 每个类中的样本点

D = 2 # 维度

K = 3 # 类别个数

X = np.zeros((N*K,D)) # 样本input

y = np.zeros(N*K, dtype='uint8') # 类别标签

for j in range(K):

ix = range(N*j,N*(j+1))

r = np.linspace(0.0,1,N) # radius

t = np.linspace(j*4,(j+1)*4,N) + np.random.randn(N)*0.2 # theta

X[ix] = np.c_[r*np.sin(t), r*np.cos(t)]

y[ix] = j

# 可视化一下我们的样本点

plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, s=40, cmap=plt.cm.Spectral)

#plt.show()

W = 0.01 * np.random.randn(D,K)

b = np.zeros((1,K))

#需要自己敲定的步长和正则化系数

step_size = 1e-0

reg = 1e-3 #正则化系数

#梯度下降迭代循环

num_examples = X.shape[0]

for i in range(200):

# 计算类别得分, 结果矩阵为[N x K]

scores = np.dot(X, W) + b

# 计算类别概率

exp_scores = np.exp(scores)

probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True) # [N x K]

# 计算损失loss(包括互熵损失和正则化部分)

corect_logprobs = -np.log(probs[range(num_examples),y])

data_loss = np.sum(corect_logprobs)/num_examples

reg_loss = 0.5*reg*np.sum(W*W)

loss = data_loss + reg_loss

if i % 10 == 0:

print ("iteration %d: loss %f" % (i, loss))

# 计算得分上的梯度

dscores = probs

dscores[range(num_examples),y] -= 1

dscores /= num_examples

# 计算和回传梯度

dW = np.dot(X.T, dscores)

db = np.sum(dscores, axis=0, keepdims=True)

dW += reg*W # 正则化梯度

#参数更新

W += -step_size * dW

b += -step_size * db

#评估准确度

scores = np.dot(X, W) + b

predicted_class = np.argmax(scores, axis=1)

print ('training accuracy: %.2f' % (np.mean(predicted_class == y)))

'''



Neural Network


# 随机初始化参数

h = 100 # 隐层大小

W = 0.01 * np.random.randn(D,h)

b = np.zeros((1,h))

W2 = 0.01 * np.random.randn(h,K)

b2 = np.zeros((1,K))

# 手动敲定的几个参数

step_size = 1e-0

reg = 1e-3 # 正则化参数

# 梯度迭代与循环

num_examples = X.shape[0]

for i in range(10000):

hidden_layer = np.maximum(0, np.dot(X, W) + b) #使用的ReLU神经元

scores = np.dot(hidden_layer, W2) + b2

# 计算类别概率

exp_scores = np.exp(scores)

probs = exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True) # [N x K]

# 计算互熵损失与正则化项

corect_logprobs = -np.log(probs[range(num_examples),y])

data_loss = np.sum(corect_logprobs)/num_examples

reg_loss = 0.5*reg*np.sum(W*W) + 0.5*reg*np.sum(W2*W2)

loss = data_loss + reg_loss

if i % 1000 == 0:

print ("iteration %d: loss %f" % (i, loss))

# 计算梯度

dscores = probs

dscores[range(num_examples),y] -= 1

dscores /= num_examples

# 梯度回传

dW2 = np.dot(hidden_layer.T, dscores)

db2 = np.sum(dscores, axis=0, keepdims=True)

dhidden = np.dot(dscores, W2.T)

dhidden[hidden_layer <= 0] = 0

# 拿到最后W,b上的梯度

dW = np.dot(X.T, dhidden)

db = np.sum(dhidden, axis=0, keepdims=True)

# 加上正则化梯度部分

dW2 += reg * W2

dW += reg * W

# 参数迭代与更新

W += -step_size * dW

b += -step_size * db

W2 += -step_size * dW2

b2 += -step_size * db2

#计算分类准确度

hidden_layer = np.maximum(0, np.dot(X, W) + b)

scores = np.dot(hidden_layer, W2) + b2

predicted_class = np.argmax(scores, axis=1)

print ('training accuracy: %.2f' % (np.mean(predicted_class == y)))

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