【ML08】多分类问题训练：IRIS鸢尾花分类问题

多分类问题

• 手写数字分类：10种分类
• 图片分类：成千上万种分类

• 多种特征：需要多层神经网络
• 多种分类输出：需要在输出层加softMax函数

鸢尾花（iris）分类问题

• 著名的数据集，诞生了很久，被无数科学家用来验证自己的算法
• 三种分类(输出)：山鸢尾，变色鸢尾，Virginica鸢尾
• 四种特征(输入)：花瓣长、宽、花萼长、宽

加载IRIS数据集（训练集与验证集）

• 用脚本生成IRIS数据集：训练集+验证集

//生成：训练集特征，训练集标签，验证集特征，验证集标签（数据类型为tensor）
  const [xTrain,yTrain,xTest,yTest] = getIrisData(0.15);
  xTrain.print();
  yTrain.print();
  xTest.print();
  yTest.print();
  console.log(IRIS_CLASSES);

• 打印结果：

定义模型结构：带有softMax激活函数的多层神经网络

• 初始化一个神经网络模型

//初始化模型
  const model = tf.sequential();

• 为模型添加两个层
• 设计层的神经元个数、inputShape、激活函数

//添加隐藏层：全链接层
  model.add(tf.layers.dense({
    units:10, //10个神经元，超参数
    inputShape:[xTrain.shape[1]],
    activation:'sigmoid',
  }));
//添加输出层：全链接层
  model.add(tf.layers.dense({
    units:3,  //必须是输出类别的个数
    // inputShape:[yTrain.shape], //除了第一层以外 都不需要设计inputShape，会根据上一层的输出自动设计
    activation:'softmax', //softmax 激活函数 适用于多种分类输出层
  }));

交叉熵损失函数

• 交叉熵损失函数 Cross-Entropy：是LogLoss对数损失函数的多分类版本，都用于度量分类神经网络模型的性能。
• 当分类数为2时，交叉熵损失=对数损失。

定义损失函数、优化器、准确度度量

//设置损失函数，增加训练过程中的“准确度”度量
model.compile({
  loss:'categoricalCrossentropy',
  optimizer: tf.train.adam(0.1),
  metrics: ['accuracy']
});

训练模型并可视化

//训练并可视化
  await model.fit(xTrain,yTrain,{
    epochs:100,
    validationData:[xTest,yTest],
    callbacks:tfvis.show.fitCallbacks(
      {name:''},
      ['loss','val_loss','acc','val_acc'],
      {callbacks:['onEpochEnd']},
    ),
  })

• 训练过程：

模型多分类预测

window.predict = (form)=>{
    const input = tf.tensor([[
      form.a.value * 1,
      form.b.value * 1,
      form.c.value * 1,
      form.d.value * 1,
    ]]);
    
    debugger;
    const pred = model.predict(input);
    pred.print();
    alert(`预测结果${IRIS_CLASSES[pred.argMax(1).dataSync(0)]}`);
  }

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