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python进阶TensorFlow神经网络拟合线性及非线性函数

作者：_睿智_

这篇文章是python进阶学习主要介绍了TensorFlow神经网络拟合线性及非线性函数原理及示例解析，有需要的朋友可以借鉴参考下，希望能够有所帮助

一、拟合线性函数

学习率0.03，训练1000次：

学习率0.05，训练1000次：

学习率0.1，训练1000次：

可以发现，学习率为0.05时的训练效果是最好的。

生成随机坐标

1、生成x坐标

2、生成随机干扰

3、计算得到y坐标

4、画点

# 生成随机点
def Produce_Random_Data():
    global x_data, y_data
    # 生成x坐标
    x_data = np.random.rand(100)
     # 生成随机干扰
    noise = np.random.normal(0, 0.01, x_data.shape)
    #                       均值 标准差 输出的形状
     # 计算y坐标
    y_data = 0.2 * x_data + 0.3 + noise
     # 画点
    plt.scatter(x_data, y_data)

神经网络拟合

1、创建神经网络

2、设置优化器与损失函数

3、训练（根据已有数据）

4、预测（给定横坐标，预测纵坐标）

# 创建神经网络（训练及预测）
def Neural_Network():
    # 1 创建神经网络
    model = tf.keras.Sequential()
    # 为神经网络添加层
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=1, input_dim=1))
#                             隐藏层 神经元个数 输入神经元个数
    # 2 设置优化器与损失函数
    model.compile(optimizer=SGD(0.05), loss='mse')
#                 优化器     学习率0.05  损失函数
# SGD：随机梯度下降法
# mse：均方误差
    # 3 训练
    for i in range(1000):
        # 训练数据并返回损失
        loss = model.train_on_batch(x_data, y_data)
        # print(loss)
     # 4 预测
    y_pred = model.predict(x_data)
     # 5 显示预测结果（拟合线）
    plt.plot(x_data, y_pred, 'r-', lw=3)    #lw:线条粗细

代码

# 拟合线性函数
import os
os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL']='2'
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.optimizers import SGD 
# 生成随机点
def Produce_Random_Data():
    global x_data, y_data
    # 生成x坐标
    x_data = np.random.rand(100) 
    # 生成随机干扰
    noise = np.random.normal(0, 0.01, x_data.shape)
    #                       均值 标准差 输出的形状
     # 计算y坐标
    y_data = 0.2 * x_data + 0.3 + noise 
    # 画点
    plt.scatter(x_data, y_data)
  
# 创建神经网络（训练及预测）
def Neural_Network():
    # 1 创建神经网络
    model = tf.keras.Sequential()
    # 为神经网络添加层
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=1, input_dim=1))
#                             隐藏层 神经元个数 输入神经元个数
    # 2 设置优化器与损失函数
    model.compile(optimizer=SGD(0.05), loss='mse')
#                 优化器     学习率0.05  损失函数
# SGD：随机梯度下降法
# mse：均方误差
     # 3 训练
    for i in range(1000):
        # 训练数据并返回损失
        loss = model.train_on_batch(x_data, y_data)
        # print(loss)
     # 4 预测
    y_pred = model.predict(x_data)
 
    # 5 显示预测结果（拟合线）
    plt.plot(x_data, y_pred, 'r-', lw=3)    #lw:线条粗细 
# 1、生成随机点
Produce_Random_Data()
 
# 2、神经网络训练与预测
Neural_Network()
 
plt.show()

二、拟合非线性函数

第一层10个神经元：

第一层5个神经元：

我感觉第一层5个神经元反而训练效果比10个的好。。。

生成二次随机点

步骤：

1、生成x坐标

2、生成随机干扰

3、计算y坐标

4、画散点图

# 生成随机点
def Produce_Random_Data():
    global x_data, y_data
    # 生成x坐标
    x_data = np.linspace(-0.5, 0.5, 200)[:, np.newaxis]
    #                                       增加一个维度
     # 生成噪声
    noise = np.random.normal(0, 0.02, x_data.shape)
    #                       均值 方差 
    # 计算y坐标
    y_data = np.square(x_data) + noise 
    # 画散点图
    plt.scatter(x_data, y_data)

神经网络拟合

步骤：

1、创建神经网络

2、设置优化器及损失函数

3、训练（根据已有数据）

4、预测（给定横坐标，预测纵坐标）

5、画图

# 神经网络拟合（训练及预测）
def Neural_Network():
    # 1 创建神经网络
    model = tf.keras.Sequential()
    # 添加层
    # 注：input_dim(输入神经元个数)只需要在输入层重视设置，后面的网络可以自动推断出该层的对应输入
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=5,  input_dim=1, activation='tanh'))
#                                   神经元个数 输入神经元个数 激活函数
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=1, activation='tanh')) 
    # 2 设置优化器和损失函数
    model.compile(optimizer=SGD(0.3), loss='mse')
#                 优化器     学习率     损失函数(均方误差) 
    # 3 训练
    for i in range(3000):
        # 训练一次数据，返回loss
        loss = model.train_on_batch(x_data, y_data) 
    # 4 预测
    y_pred = model.predict(x_data) 
    # 5 画图
    plt.plot(x_data, y_pred, 'r-', lw=5)

代码

# 拟合非线性函数
import os
os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL']='2'
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.optimizers import SGD 
# 生成随机点
def Produce_Random_Data():
    global x_data, y_data
    # 生成x坐标
    x_data = np.linspace(-0.5, 0.5, 200)[:, np.newaxis]
    #                                       增加一个维度 
    # 生成噪声
    noise = np.random.normal(0, 0.02, x_data.shape)
    #                       均值 方差 
    # 计算y坐标
    y_data = np.square(x_data) + noise 
    # 画散点图
    plt.scatter(x_data, y_data) 
# 神经网络拟合（训练及预测）
def Neural_Network():
    # 1 创建神经网络
    model = tf.keras.Sequential() 
    # 添加层
    # 注：input_dim(输入神经元个数)只需要在输入层重视设置，后面的网络可以自动推断出该层的对应输入
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=5, input_dim=1, activation='tanh'))
#                                   神经元个数  输入神经元个数 激活函数
    model.add(tf.keras.layers.Dense(units=1, activation='tanh'))
    #                               输出神经元个数 
    # 2 设置优化器和损失函数
    model.compile(optimizer=SGD(0.3), loss='mse')
#                 优化器     学习率     损失函数(均方误差) 
    # 3 训练
    for i in range(3000):
        # 训练一次数据，返回loss
        loss = model.train_on_batch(x_data, y_data) 
    # 4 预测
    y_pred = model.predict(x_data)
    # 5 画图
    plt.plot(x_data, y_pred, 'r-', lw=5)
# 1、生成随机点
Produce_Random_Data()
 
# 2、神经网络训练与预测
Neural_Network()
 
plt.show()

以上就是python进阶TensorFlow神经网络拟合线性及非线性函数的详细内容，更多关于TensorFlow神经网络拟合线性及非线性函数的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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