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0. 前言

以fashion_mnist 为例，指定GPU。

1. 代码部分

1. 导入模块

import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
import numpy as np
import sklearn
import pandas as pd
import os
import sys
import time
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras# os.environ['CUDA_VISIBLE_DEVICES'] = '/gpu:0'
print(tf.__version__)
print(sys.version_info)
for module in mpl,np,pd,sklearn,tf,keras:print(module.__name__,module.__version__)

tf.test.is_gpu_available()

2. GPU 设置

tf.debugging.set_log_device_placement(True) # 查看变量分布在哪个GPU上
gpus = tf.config.experimental.list_physical_devices('GPU') # 获取物理GPU
print(gpus)# 设置选中的（最后一个）GPU可见
tf.config.experimental.set_visible_devices(gpus[-1],'GPU')for gpu in gpus: # 物理GPU 设置成自增长tf.config.experimental.set_memory_growth(gpu,True)print(len(gpus))
print('='*10)
logical_gpus = tf.config.experimental.list_logical_devices('GPU') # 获取逻辑GPU
print(len(logical_gpus))

3. 数据读取与处理

fashion_mnist = keras.datasets.fashion_mnist
# print(fashion_mnist)
(x_train_all,y_train_all),(x_test,y_test) = fashion_mnist.load_data()
x_valid,x_train = x_train_all[:5000],x_train_all[5000:]
y_valid,y_train = y_train_all[:5000],y_train_all[5000:]
# 打印格式
print(x_valid.shape,y_valid.shape)
print(x_train.shape,y_train.shape)
print(x_test.shape,y_test.shape)

# 数据归一化
from sklearn.preprocessing import StandardScalerscaler = StandardScaler()
# x_train:[None,28,28] -> [None,784]
x_train_scaled = scaler.fit_transform(x_train.astype(np.float32).reshape(-1,1)).reshape(-1,28,28,1)
x_valid_scaled = scaler.transform(x_valid.astype(np.float32).reshape(-1,1)).reshape(-1,28,28,1)
x_test_scaled = scaler.transform(x_test.astype(np.float32).reshape(-1,1)).reshape(-1,28,28,1)

# 生成dataset
def make_dataset(images,labels,epochs,batch_size,shuffle=True):dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((images,labels))if shuffle:dataset = dataset.shuffle(10000)dataset = dataset.repeat(epochs).batch(batch_size).prefetch(50)return datasetbatch_size = 128
epochs = 100
train_dataset = make_dataset(x_train_scaled,y_train,epochs,batch_size)

4. 构建模型

指定GPU

# tf.keras.models.Sequential()
# 构建模型
model = keras.models.Sequential()# 卷积神经网络
with tf.device(logical_gpus[0].name):model.add(keras.layers.Conv2D(filters=32,kernel_size=3,padding="same",activation='relu',input_shape=(28,28,1)))model.add(keras.layers.Conv2D(filters=32,kernel_size=3,padding='same',activation='relu'))model.add(keras.layers.MaxPool2D(pool_size=2))model.add(keras.layers.Conv2D(filters=64,kernel_size=3,padding="same",activation='relu'))model.add(keras.layers.Conv2D(filters=64,kernel_size=3,padding='same',activation='relu'))model.add(keras.layers.MaxPool2D(pool_size=2))model.add(keras.layers.Conv2D(filters=128,kernel_size=3,padding="same",activation='relu'))model.add(keras.layers.Conv2D(filters=128,kernel_size=3,padding='same',activation='relu'))model.add(keras.layers.MaxPool2D(pool_size=2))# 展平model.add(keras.layers.Flatten())# 全连接层model.add(keras.layers.Dense(128,activation='relu'))# 输出层model.add(keras.layers.Dense(10,activation="softmax"))# model.compile(loss='sparse_categorical_crossentropy',optimizer='sgd',metrics=['accuracy'])

model.summary()

5. 开始训练


# 开始训练
history = model.fit(train_dataset,steps_per_epoch = x_train_scaled.shape[0] // batch_size,epochs=10)

6. 学习曲线

# 画图
def plot_learning_curves(history):pd.DataFrame(history.history).plot(figsize=(8,5))plt.grid(True)plt.gca().set_ylim(0,1)plt.show()
plot_learning_curves(history)# 损失函数，刚开始下降慢的原因
# 1. 参数众多，训练不充分
# 2. 梯度消失 -》 链式法则中
# 解决： selu缓解梯度消失

7. 测试集上

model.evaluate(x_test_scaled,y_test)

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