Keras：通过详细示例了解基础知识

开发者们大家好，

如果您是深度学习新手，您可能遇到过 keras 这个名字。但它到底是什么？它是如何工作的？在这篇文章中，我将从头开始解释所有内容，并向您展示一个使用 keras 构建简单深度学习模型的分步示例。我还将解释诸如 mnist 数据集 之类的关键概念，以便您可以轻松理解！

1.什么是keras？

keras 是一个用 python 编写的开源高级神经网络 api。它允许开发人员使用用户友好的界面快速轻松地构建深度学习模型。 keras 位于 tensorflow 等更复杂的深度学习框架之上，让您可以专注于构建模型，而不会被底层复杂性所困扰。

2. 为什么使用 keras？

3.什么是mnist？

mnist 数据集 是机器学习领域最著名的数据集之一。它包含 70,000 张手写数字 (0-9) 图像。每个图像都是灰度图片，大小为 28x28 像素。目标是将这些图像分类为十个数字类别之一。

以下是 mnist 数据集中的一些数字示例：

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

使用 keras 时，您经常会看到教程中使用 mnist 数据集，因为它简单、易于理解，并且非常适合测试新模型。

4. 使用 keras 构建简单的神经网络（逐步）

现在让我们使用 keras 构建一个简单的神经网络来对这些手写数字进行分类。我们将一步步进行。

第 1 步：安装 tensorflow（keras 与 tensorflow 捆绑在一起）

首先，您需要安装 tensorflow，因为 keras 是最新版本中 tensorflow 的一部分。您可以通过 pip 安装它：

pip install tensorflow

第2步：导入所需的库

我们将导入构建和训练模型所需的 tensorflow 和 keras 特定库。

import tensorflow as tffrom tensorflow.keras import layers, models

这里，tensorflow.keras 是 tensorflow 中的 keras api。

步骤 3：加载 mnist 数据集

keras 提供了对 mnist 等数据集的轻松访问。我们将加载数据集并将其分为训练集和测试集。

# load the mnist datasetmnist = tf.keras.datasets.mnist(train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data()

在此步骤中，train_images 和 train_labels 保存训练数据，而 test_images 和 test_labels 保存测试数据。

train_images中的每张图像都是28x28像素的灰度图像，train_labels包含每张图像对应的数字标签（0-9）。

步骤 4：预处理数据

接下来，我们需要对图像的像素值进行归一化，以使模型训练更加高效。图像中的每个像素值都在 0 到 255 之间。我们将图像除以 255，将这些值缩放到 0 到 1 之间。

# normalize pixel values to be between 0 and 1train_images = train_images / 255.0test_images = test_images / 255.0

第 5 步：构建模型

现在让我们使用 keras 构建我们的神经网络。我们将创建一个顺序模型，它允许我们将层堆叠在另一个之上。

# build the modelmodel = models.sequential([    layers.flatten(input_shape=(28, 28)),      # flatten the 28x28 images into a 1d vector of 784 pixels    layers.dense(128, activation='relu'),      # add a fully-connected (dense) layer with 128 neurons    layers.dense(10, activation='softmax')     # output layer with 10 neurons (one for each digit 0-9)])

第 6 步：编译模型

接下来，我们需要编译模型。这是我们指定优化器、损失函数和评估指标。
的地方

# compile the modelmodel.compile(optimizer='adam',              loss='sparse_categorical_crossentropy',              metrics=['accuracy'])

第 7 步：训练模型

现在，我们准备好训练模型了！我们将对其进行 5 epochs 训练（即模型将遍历整个训练数据集 5 次）。

# train the modelmodel.fit(train_images, train_labels, epochs=5)

第 8 步：评估模型

模型训练完成后，我们可以评估其在测试数据上的性能。

# Evaluate the modeltest_loss, test_acc = model.evaluate(test_images, test_labels)print(f'Test accuracy: {test_acc}')

这将为我们提供模型在测试数据集上的准确性。

5. 幕后发生了什么？

简单来说：

1. 数据预处理：我们对数据进行归一化，使训练更加高效。
2. 模型定义：我们使用顺序 api 构建了一个简单的前馈神经网络。
3. 编译：我们选择了正确的损失函数和优化器来指导模型的学习。
4. 训练：模型学会了通过多次遍历数据集将图像映射到数字。
5. 评估：最后，我们检查了模型对未见过的数据的泛化程度。

6. 下一步该何去何从？

keras 简化了构建和训练神经网络的过程，使其成为初学者的理想起点。一旦您熟悉了基本模型，您就可以尝试更复杂的架构，例如卷积神经网络（cnn）和循环神经网络（rnn）。

随意使用 keras 更深入地探索深度学习世界，尝试不同的模型，并突破可能的界限！

到目前为止，您对 keras 有何看法？