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python神經網路庫

發布時間: 2021-03-25 23:16:18

1. 關於神經網路需要學習python的哪些知識

多讀文檔應該是庫庫也是python基礎編寫的多讀多看

2. python 神經網路庫有哪些

學習人工智慧時，我給自己定了一個目標－－用寫一個簡單的神經網路。為了確保真得理解它，我要求自己不使用任何神經網路庫，從頭寫起。多虧了Andrew Trask寫得一篇精彩的博客，我做到了！下面貼出那九行代碼：

在這篇文章中，我將解釋我是如何做得，以便你可以寫出你自己的。我將會提供一個長點的但是更完美的源代碼。
首先，神經網路是什麼？人腦由幾千億由突觸相互連接的細胞（神經元）組成。突觸傳入足夠的興奮就會引起神經元的興奮。這個過程被稱為「思考」。

我們可以在計算機上寫一個神經網路來模擬這個過程。不需要在生物分子水平模擬人腦，只需模擬更高層級的規則。我們使用矩陣（二維數據表格）這一數學工具，並且為了簡單明了，只模擬一個有3個輸入和一個輸出的神經元。

我們將訓練神經元解決下面的問題。前四個例子被稱作訓練集。你發現規律了嗎？『？』是0還是1？

你可能發現了，輸出總是等於輸入中最左列的值。所以『？』應該是1。
訓練過程
但是如何使我們的神經元回答正確呢？賦予每個輸入一個權重，可以是一個正的或負的數字。擁有較大正（或負）權重的輸入將決定神經元的輸出。首先設置每個權重的初始值為一個隨機數字，然後開始訓練過程：
取一個訓練樣本的輸入，使用權重調整它們，通過一個特殊的公式計算神經元的輸出。
計算誤差，即神經元的輸出與訓練樣本中的期待輸出之間的差值。
根據誤差略微地調整權重。
重復這個過程1萬次。

最終權重將會變為符合訓練集的一個最優解。如果使用神經元考慮這種規律的一個新情形，它將會給出一個很棒的預測。
這個過程就是back propagation。

計算神經元輸出的公式
你可能會想，計算神經元輸出的公式是什麼？首先，計算神經元輸入的加權和，即

接著使之規范化，結果在0，1之間。為此使用一個數學函數－－Sigmoid函數：

Sigmoid函數的圖形是一條「S」狀的曲線。

把第一個方程代入第二個，計算神經元輸出的最終公式為：

你可能注意到了，為了簡單，我們沒有引入最低興奮閾值。
調整權重的公式
我們在訓練時不斷調整權重。但是怎麼調整呢？可以使用「Error Weighted Derivative」公式：

為什麼使用這個公式？首先，我們想使調整和誤差的大小成比例。其次，乘以輸入（0或1），如果輸入是0，權重就不會調整。最後，乘以Sigmoid曲線的斜率（圖4）。為了理解最後一條，考慮這些：
我們使用Sigmoid曲線計算神經元的輸出
如果輸出是一個大的正（或負）數，這意味著神經元採用這種（或另一種）方式
從圖四可以看出，在較大數值處，Sigmoid曲線斜率小
如果神經元認為當前權重是正確的，就不會對它進行很大調整。乘以Sigmoid曲線斜率便可以實現這一點
Sigmoid曲線的斜率可以通過求導得到：

把第二個等式代入第一個等式里，得到調整權重的最終公式：

當然有其他公式，它們可以使神經元學習得更快，但是這個公式的優點是非常簡單。
構造Python代碼
雖然我們沒有使用神經網路庫，但是將導入Python數學庫numpy里的4個方法。分別是：
exp－－自然指數
array－－創建矩陣
dot－－進行矩陣乘法
random－－產生隨機數
比如，我們可以使用array()方法表示前面展示的訓練集：

「.T」方法用於矩陣轉置（行變列）。所以，計算機這樣存儲數字：

我覺得我們可以開始構建更優美的源代碼了。給出這個源代碼後，我會做一個總結。
我對每一行源代碼都添加了注釋來解釋所有內容。注意在每次迭代時，我們同時處理所有訓練集數據。所以變數都是矩陣（二維數據表格）。下面是一個用Python寫地完整的示例代碼。

結語
試著在命令行運行神經網路：

你應該看到這樣的結果：

我們做到了！我們用Python構建了一個簡單的神經網路！
首先神經網路對自己賦予隨機權重，然後使用訓練集訓練自己。接著，它考慮一種新的情形[1, 0, 0]並且預測了0.99993704。正確答案是1。非常接近！
傳統計算機程序通常不會學習。而神經網路卻能自己學習，適應並對新情形做出反應，這是多麼神奇，就像人類一樣。

3. 用python編寫的神經網路結果怎麼可視化

學習人工智慧時，我給自己定了一個目標－－用Python寫一個簡單的神經網路。為了確保真得理解它，我要求自己不使用任何神經網路庫，從頭寫起。多虧了Andrew Trask寫得一篇精彩的博客，我做到了！下面貼出那九行代碼：

在這篇文章中，我將解釋我是如何做得，以便你可以寫出你自己的。我將會提供一個長點的但是更完美的源代碼。

4. 神經網路，python報錯：AttributeError: 'DataFrame' object has no attribute 'ravel'

y_train.values.ravel()
這樣試試，因為你的y不是一維向量。
我建議你先看看數據

5. 神經網路研究與應用這塊用python好還是matlab

Python的優勢：

Python相對於Matlab最大的優勢：免費。

Python次大的優勢：開源。你可以大量更改科學計算的演算法細節。

可移植性，Matlab必然不如Python。但你主要做Research，這方面需求應當不高。
第三方生態，Matlab不如Python。比如3D的繪圖工具包，比如GUI，比如更方便的並行，使用GPU，Functional等等。長期來看，Python的科學計算生態會比Matlab好。
語言更加優美。另外如果有一定的OOP需求，構建較大一點的科學計算系統，直接用Python比用Matlab混合的方案肯定要簡潔不少。
Matlab的優勢：

Community. 目前學校實驗室很多還用Matlab，很多學者也可能都用Matlab。交流起來或許更加方便。
Matlab本來號稱更快，但實際上由於Python越來越完善的生態，這個優勢已經逐漸喪失了。
總結來說就是python開源免費，有豐富的第三方庫，比較適合實際工程，matlab是商業軟體
如果買了的話做學術研究不錯，如果混合編程比較麻煩。

6. python 有哪些神經網路的包

1. Scikit-learn Scikit-learn 是基於Scipy為機器學習建造的的一個Python模塊，他的特色就是多樣化的分類，回歸和聚類的演算法包括支持向量機，邏輯回歸，樸素貝葉斯分類器，隨機森林，Gradient Boosting，聚類演算法和DBSCAN。

7. python簡單神經網路的實現求問這兒是怎麼實現syn0均值為0的，以及我在Python3中運行發現l1的shape也不對

np.random.random 返回[0,1)區間的隨機數，2*np.random.random - 1 返回[-1,1)的隨機數，具體可以看網頁鏈接

看這個神經網路結構應該就輸入輸出兩層，l1的shape為np.dot(l0,syn0)，[4*3]，[3*1]的矩陣相乘得到[4*1]的矩陣，y = np.array([[0,1,1,0]]).T，y也是[4*1]的矩陣

8. 怎樣用python構建一個卷積神經網路模型

上周末利用python簡單實現了一個卷積神經網路，只包含一個卷積層和一個maxpooling層，pooling層後面的多層神經網路採用了softmax形式的輸出。實驗輸入仍然採用MNIST圖像使用10個feature map時，卷積和pooling的結果分別如下所示。

部分源碼如下：

[python]view plain

#coding=utf-8
'''''
Createdon2014年11月30日
@author:Wangliaofan
'''
importnumpy
importstruct
importmatplotlib.pyplotasplt
importmath
importrandom
import
#test
defsigmoid(inX):
if1.0+numpy.exp(-inX)==0.0:
return999999999.999999999
return1.0/(1.0+numpy.exp(-inX))
defdifsigmoid(inX):
returnsigmoid(inX)*(1.0-sigmoid(inX))
deftangenth(inX):
return(1.0*math.exp(inX)-1.0*math.exp(-inX))/(1.0*math.exp(inX)+1.0*math.exp(-inX))
defcnn_conv(in_image,filter_map,B,type_func='sigmoid'):
#in_image[num,featuremap,row,col]=>in_image[Irow,Icol]
#featuresmap[kfilter,row,col]
#type_func['sigmoid','tangenth']
#out_feature[kfilter,Irow-row+1,Icol-col+1]
shape_image=numpy.shape(in_image)#[row,col]
#print"shape_image",shape_image
shape_filter=numpy.shape(filter_map)#[kfilter,row,col]
ifshape_filter[1]>shape_image[0]orshape_filter[2]>shape_image[1]:
raiseException
shape_out=(shape_filter[0],shape_image[0]-shape_filter[1]+1,shape_image[1]-shape_filter[2]+1)
out_feature=numpy.zeros(shape_out)
k,m,n=numpy.shape(out_feature)
fork_idxinrange(0,k):
#rotate180tocalculateconv
c_filter=numpy.rot90(filter_map[k_idx,:,:],2)
forr_idxinrange(0,m):
forc_idxinrange(0,n):
#conv_temp=numpy.zeros((shape_filter[1],shape_filter[2]))
conv_temp=numpy.dot(in_image[r_idx:r_idx+shape_filter[1],c_idx:c_idx+shape_filter[2]],c_filter)
sum_temp=numpy.sum(conv_temp)
iftype_func=='sigmoid':
out_feature[k_idx,r_idx,c_idx]=sigmoid(sum_temp+B[k_idx])
eliftype_func=='tangenth':
out_feature[k_idx,r_idx,c_idx]=tangenth(sum_temp+B[k_idx])
else:
raiseException
returnout_feature
defcnn_maxpooling(out_feature,pooling_size=2,type_pooling="max"):
k,row,col=numpy.shape(out_feature)
max_index_Matirx=numpy.zeros((k,row,col))
out_row=int(numpy.floor(row/pooling_size))
out_col=int(numpy.floor(col/pooling_size))
out_pooling=numpy.zeros((k,out_row,out_col))
fork_idxinrange(0,k):
forr_idxinrange(0,out_row):
forc_idxinrange(0,out_col):
temp_matrix=out_feature[k_idx,pooling_size*r_idx:pooling_size*r_idx+pooling_size,pooling_size*c_idx:pooling_size*c_idx+pooling_size]
out_pooling[k_idx,r_idx,c_idx]=numpy.amax(temp_matrix)
max_index=numpy.argmax(temp_matrix)
#printmax_index
#printmax_index/pooling_size,max_index%pooling_size
max_index_Matirx[k_idx,pooling_size*r_idx+max_index/pooling_size,pooling_size*c_idx+max_index%pooling_size]=1
returnout_pooling,max_index_Matirx
defpoolwithfunc(in_pooling,W,B,type_func='sigmoid'):
k,row,col=numpy.shape(in_pooling)
out_pooling=numpy.zeros((k,row,col))
fork_idxinrange(0,k):
forr_idxinrange(0,row):
forc_idxinrange(0,col):
out_pooling[k_idx,r_idx,c_idx]=sigmoid(W[k_idx]*in_pooling[k_idx,r_idx,c_idx]+B[k_idx])
returnout_pooling
#out_featureistheoutputofconv
defbackErrorfromPoolToConv(theta,max_index_Matirx,out_feature,pooling_size=2):
k1,row,col=numpy.shape(out_feature)
error_conv=numpy.zeros((k1,row,col))
k2,theta_row,theta_col=numpy.shape(theta)
ifk1!=k2:
raiseException
foridx_kinrange(0,k1):
foridx_rowinrange(0,row):
foridx_colinrange(0,col):
error_conv[idx_k,idx_row,idx_col]=
max_index_Matirx[idx_k,idx_row,idx_col]*
float(theta[idx_k,idx_row/pooling_size,idx_col/pooling_size])*
difsigmoid(out_feature[idx_k,idx_row,idx_col])
returnerror_conv
defbackErrorfromConvToInput(theta,inputImage):
k1,row,col=numpy.shape(theta)
#print"theta",k1,row,col
i_row,i_col=numpy.shape(inputImage)
ifrow>i_roworcol>i_col:
raiseException
filter_row=i_row-row+1
filter_col=i_col-col+1
detaW=numpy.zeros((k1,filter_row,filter_col))
#thesamewithconvvalidinmatlab
fork_idxinrange(0,k1):
foridx_rowinrange(0,filter_row):
foridx_colinrange(0,filter_col):
subInputMatrix=inputImage[idx_row:idx_row+row,idx_col:idx_col+col]
#print"subInputMatrix",numpy.shape(subInputMatrix)
#rotatetheta180
#printnumpy.shape(theta)
theta_rotate=numpy.rot90(theta[k_idx,:,:],2)
#print"theta_rotate",theta_rotate
dotMatrix=numpy.dot(subInputMatrix,theta_rotate)
detaW[k_idx,idx_row,idx_col]=numpy.sum(dotMatrix)
detaB=numpy.zeros((k1,1))
fork_idxinrange(0,k1):
detaB[k_idx]=numpy.sum(theta[k_idx,:,:])
returndetaW,detaB
defloadMNISTimage(absFilePathandName,datanum=60000):
images=open(absFilePathandName,'rb')
buf=images.read()
index=0
magic,numImages,numRows,numColumns=struct.unpack_from('>IIII',buf,index)
printmagic,numImages,numRows,numColumns
index+=struct.calcsize('>IIII')
ifmagic!=2051:
raiseException
datasize=int(784*datanum)
datablock=">"+str(datasize)+"B"
#nextmatrix=struct.unpack_from('>47040000B',buf,index)
nextmatrix=struct.unpack_from(datablock,buf,index)
nextmatrix=numpy.array(nextmatrix)/255.0
#nextmatrix=nextmatrix.reshape(numImages,numRows,numColumns)
#nextmatrix=nextmatrix.reshape(datanum,1,numRows*numColumns)
nextmatrix=nextmatrix.reshape(datanum,1,numRows,numColumns)
returnnextmatrix,numImages
defloadMNISTlabels(absFilePathandName,datanum=60000):
labels=open(absFilePathandName,'rb')
buf=labels.read()
index=0
magic,numLabels=struct.unpack_from('>II',buf,index)
printmagic,numLabels
index+=struct.calcsize('>II')
ifmagic!=2049:
raiseException
datablock=">"+str(datanum)+"B"
#nextmatrix=struct.unpack_from('>60000B',buf,index)
nextmatrix=struct.unpack_from(datablock,buf,index)
nextmatrix=numpy.array(nextmatrix)
returnnextmatrix,numLabels
defsimpleCNN(numofFilter,filter_size,pooling_size=2,maxIter=1000,imageNum=500):
decayRate=0.01
MNISTimage,num1=loadMNISTimage("F:\train-images-idx3-ubyte",imageNum)
printnum1
row,col=numpy.shape(MNISTimage[0,0,:,:])
out_Di=numofFilter*((row-filter_size+1)/pooling_size)*((col-filter_size+1)/pooling_size)
MLP=BMNN2.MuiltilayerANN(1,[128],out_Di,10,maxIter)
MLP.setTrainDataNum(imageNum)
MLP.loadtrainlabel("F:\train-labels-idx1-ubyte")
MLP.initialweights()
#MLP.printWeightMatrix()
rng=numpy.random.RandomState(23455)
W_shp=(numofFilter,filter_size,filter_size)
W_bound=numpy.sqrt(numofFilter*filter_size*filter_size)
W_k=rng.uniform(low=-1.0/W_bound,high=1.0/W_bound,size=W_shp)
B_shp=(numofFilter,)
B=numpy.asarray(rng.uniform(low=-.5,high=.5,size=B_shp))
cIter=0
whilecIter<maxIter:
cIter+=1
ImageNum=random.randint(0,imageNum-1)
conv_out_map=cnn_conv(MNISTimage[ImageNum,0,:,:],W_k,B,"sigmoid")
out_pooling,max_index_Matrix=cnn_maxpooling(conv_out_map,2,"max")
pool_shape=numpy.shape(out_pooling)
MLP_input=out_pooling.reshape(1,1,out_Di)
#printnumpy.shape(MLP_input)
DetaW,DetaB,temperror=MLP.backwardPropogation(MLP_input,ImageNum)
ifcIter%50==0:
printcIter,"Temperror:",temperror
#printnumpy.shape(MLP.Theta[MLP.Nl-2])
#printnumpy.shape(MLP.Ztemp[0])
#printnumpy.shape(MLP.weightMatrix[0])
theta_pool=MLP.Theta[MLP.Nl-2]*MLP.weightMatrix[0].transpose()
#printnumpy.shape(theta_pool)
#print"theta_pool",theta_pool
temp=numpy.zeros((1,1,out_Di))
temp[0,:,:]=theta_pool
back_theta_pool=temp.reshape(pool_shape)
#print"back_theta_pool",numpy.shape(back_theta_pool)
#print"back_theta_pool",back_theta_pool
error_conv=backErrorfromPoolToConv(back_theta_pool,max_index_Matrix,conv_out_map,2)
#print"error_conv",numpy.shape(error_conv)
#printerror_conv
conv_DetaW,conv_DetaB=backErrorfromConvToInput(error_conv,MNISTimage[ImageNum,0,:,:])
#print"W_k",W_k
#print"conv_DetaW",conv_DetaW

9. 怎麼用python 中brian包進行神經網路簡化模型

著作權歸作者所有。
商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。
作者：王贇 Maigo
鏈接：http://www.hu.com/question/28606380/answer/41442872
來源：知乎

就我所知，Python有一個Theano庫可以利用GPU進行矩陣運算和符號求導，在此基礎上有PDNN等專門訓練神經網路的工具包（PDNN是我實驗室的同學開發的~）。

Matlab那邊我不了解，隨便搜了一下發現了一個Deep Neural Networks for Matlab。因為沒有用過，所以不好評價。

10. 怎樣用python構建一個卷積神經網路

用keras框架較為方便

首先安裝anaconda，然後通過pip安裝keras

以下轉自wphh的博客。

#coding:utf-8

'''
GPUruncommand:
THEANO_FLAGS=mode=FAST_RUN,device=gpu,floatX=float32pythoncnn.py
CPUruncommand:
pythoncnn.py

2016.06.06更新：
這份代碼是keras開發初期寫的，當時keras還沒有現在這么流行，文檔也還沒那麼豐富，所以我當時寫了一些簡單的教程。
現在keras的API也發生了一些的變化，建議及推薦直接上keras.io看更加詳細的教程。

'''
#導入各種用到的模塊組件
from__future__importabsolute_import
from__future__importprint_function
fromkeras.preprocessing.imageimportImageDataGenerator
fromkeras.modelsimportSequential
fromkeras.layers.coreimportDense,Dropout,Activation,Flatten
fromkeras.layers.advanced_activationsimportPReLU
fromkeras.layers.,MaxPooling2D
fromkeras.optimizersimportSGD,Adadelta,Adagrad
fromkeras.utilsimportnp_utils,generic_utils
fromsix.movesimportrange
fromdataimportload_data
importrandom
importnumpyasnp

np.random.seed(1024)#forreprocibility
#載入數據
data,label=load_data()
#打亂數據
index=[iforiinrange(len(data))]
random.shuffle(index)
data=data[index]
label=label[index]
print(data.shape[0],'samples')

#label為0~9共10個類別，keras要求格式為binaryclassmatrices,轉化一下，直接調用keras提供的這個函數
label=np_utils.to_categorical(label,10)

###############
#開始建立CNN模型
###############

#生成一個model
model=Sequential()

#第一個卷積層，4個卷積核，每個卷積核大小5*5。1表示輸入的圖片的通道,灰度圖為1通道。
#border_mode可以是valid或者full，具體看這里說明：http://deeplearning.net/software/theano/library/tensor/nnet/conv.html#theano.tensor.nnet.conv.conv2d
#激活函數用tanh
#你還可以在model.add(Activation('tanh'))後加上dropout的技巧:model.add(Dropout(0.5))
model.add(Convolution2D(4,5,5,border_mode='valid',input_shape=(1,28,28)))
model.add(Activation('tanh'))


#第二個卷積層，8個卷積核，每個卷積核大小3*3。4表示輸入的特徵圖個數，等於上一層的卷積核個數
#激活函數用tanh
#採用maxpooling，poolsize為(2,2)
model.add(Convolution2D(8,3,3,border_mode='valid'))
model.add(Activation('tanh'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))

#第三個卷積層，16個卷積核，每個卷積核大小3*3
#激活函數用tanh
#採用maxpooling，poolsize為(2,2)
model.add(Convolution2D(16,3,3,border_mode='valid'))
model.add(Activation('relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))

#全連接層，先將前一層輸出的二維特徵圖flatten為一維的。
#Dense就是隱藏層。16就是上一層輸出的特徵圖個數。4是根據每個卷積層計算出來的：(28-5+1)得到24,(24-3+1)/2得到11，(11-3+1)/2得到4
#全連接有128個神經元節點,初始化方式為normal
model.add(Flatten())
model.add(Dense(128,init='normal'))
model.add(Activation('tanh'))


#Softmax分類，輸出是10類別
model.add(Dense(10,init='normal'))
model.add(Activation('softmax'))


#############
#開始訓練模型
##############
#使用SGD+momentum
#model.compile里的參數loss就是損失函數(目標函數)
sgd=SGD(lr=0.05,decay=1e-6,momentum=0.9,nesterov=True)
model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer=sgd,metrics=["accuracy"])


#調用fit方法，就是一個訓練過程.訓練的epoch數設為10，batch_size為100．
#數據經過隨機打亂shuffle=True。verbose=1，訓練過程中輸出的信息，0、1、2三種方式都可以，無關緊要。show_accuracy=True，訓練時每一個epoch都輸出accuracy。
#validation_split=0.2，將20%的數據作為驗證集。
model.fit(data,label,batch_size=100,nb_epoch=10,shuffle=True,verbose=1,validation_split=0.2)


"""
#使用dataaugmentation的方法
#一些參數和調用的方法，請看文檔
datagen=ImageDataGenerator(
featurewise_center=True,#setinputmeanto0overthedataset
samplewise_center=False,#seteachsamplemeanto0
featurewise_std_normalization=True,#divideinputsbystdofthedataset
samplewise_std_normalization=False,#divideeachinputbyitsstd
zca_whitening=False,#applyZCAwhitening
rotation_range=20,#(degrees,0to180)
width_shift_range=0.2,#(fractionoftotalwidth)
height_shift_range=0.2,#randomlyshiftimagesvertically(fractionoftotalheight)
horizontal_flip=True,#randomlyflipimages
vertical_flip=False)#randomlyflipimages

#
#(std,mean,)
datagen.fit(data)

foreinrange(nb_epoch):
print('-'*40)
print('Epoch',e)
print('-'*40)
print("Training...")
#
progbar=generic_utils.Progbar(data.shape[0])
forX_batch,Y_batchindatagen.flow(data,label):
loss,accuracy=model.train(X_batch,Y_batch,accuracy=True)
progbar.add(X_batch.shape[0],values=[("trainloss",loss),("accuracy:",accuracy)])

"""

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python神經網路庫

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