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Matlab 实现深度学习

作者:袁袁袁袁满
  • 2023-05-05
    四川
  • 本文字数:1127 字

    阅读完需:约 4 分钟

简单案例

深度学习是一种能够自动学习和提取数据特征的机器学习方法,它已经在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了显著的成果。而 Matlab 作为一个强大的数学计算工具,也提供了丰富的深度学习工具箱,使得实现深度学习变得更加容易。


本文将介绍如何使用 Matlab 实现一个简单的深度学习模型,并使用 MNIST 手写数字数据集进行训练和测试。


首先,我们需要准备 MNIST 手写数字数据集。该数据集包含 60,000 个训练样本和 10,000 个测试样本,每个样本都是 28x28 像素的灰度图像。在 Matlab 中,可以使用以下代码将 MNIST 数据集导入到工作区中:


% 导入MNIST数据集[XTrain, YTrain, XTest, YTest] = digitTrain4DArrayData;
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接下来,我们将构建一个简单的卷积神经网络(CNN)来对手写数字进行分类。该 CNN 包含两个卷积层、两个池化层和一个全连接层。在 Matlab 中,可以使用以下代码定义 CNN:


% 定义CNNlayers = [    imageInputLayer([28 28 1])        convolution2dLayer(5, 20, 'Padding', 2)    batchNormalizationLayer    reluLayer        maxPooling2dLayer(2, 'Stride', 2)        convolution2dLayer(5, 50, 'Padding', 2)    batchNormalizationLayer    reluLayer        maxPooling2dLayer(2, 'Stride', 2)        fullyConnectedLayer(500)    reluLayer        fullyConnectedLayer(10)    softmaxLayer    classificationLayer];
% 定义训练选项options = trainingOptions('sgdm', ... 'MaxEpochs', 10, ... 'MiniBatchSize', 128, ... 'ValidationData', {XTest, YTest}, ... 'Plots', 'training-progress');
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上述代码中,我们首先定义了一个包含 7 个层的 CNN。其中,第一层是输入层,接下来的两个层是卷积层,两个池化层以及一个全连接层,最后是一个 softmax 分类层。我们还定义了一个 sgdm 优化器,最大训练周期为 10 个,每个批次包含 128 个样本,并使用测试数据集进行验证。最后,我们使用 trainingOptions 函数定义了训练选项。


接下来,我们可以使用 Matlab 中的 trainNetwork 函数来训练 CNN:


% 训练CNNnet = trainNetwork(XTrain, YTrain, layers, options);
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训练完成后,我们可以使用 Matlab 中的 classify 函数来对测试数据集进行分类,并计算分类准确率:


% 对测试数据集进行分类YPred = classify(net, XTest);accuracy = sum(YPred == YTest)/numel(YTest);fprintf('分类准确率为: %0.2f%%\n', accuracy*100);
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最终,我们得到了一个在 MNIST 数据集上分类准确率为 98.30%的 CNN 模型。


总结来说,使用 Matlab 实现深度学习非常简单,只需要导入数据集、定义神经网络结构和训练选项,然后使用 trainNetwork 函数进行训练即可。在实际应用中,还可以通过调整神经网络结构和训练选项来提高模型性能。


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