Tensorflow笔记：神经网络的参数，神经网络的搭建，神经网络的前向传播_神经网络参数

一、神经网络的参数 
神经网络的参数：是指神经元线上的权重 w，用变量表示，一般会先随机生成 这些参数。生成参数的方法是让w等于tf.Variable，把生成的方式写在括号里。 

神经网络中常用的生成随机数/数组的函数有： 

tf.random_normal()            生成正态分布随机数 
tf.truncated_normal()         生成去掉过大偏离点的正态分布随机数 
tf.random_uniform()           生成均匀分布随机数 
tf.zeros                      表示生成全 0 数组        
tf.ones                       表示生成全 1 数组       
tf.fill                       表示生成全定值数组     
tf.constant                  表示生成直接给定值的数组    

举例 
① w=tf.Variable(tf.random_normal([2,3],stddev=2, mean=0, seed=1))，表示生成正态分布随机数，形状两行三列，标准差是 2，均值是 0，随机种子是 1。 

② w=tf.Variable(tf.Truncated_normal([2,3],stddev=2, mean=0, seed=1))，表示去掉偏离过大的正态分布，也就是如果随机出来的数据偏离平均值超过两个标准差，这个数据将重新生成。 

③ w=random_uniform(shape=7,minval=0,maxval=1,dtype=tf.int32，seed=1),表示从一个均匀分布[minval maxval)中随机采样，注意定义域是左闭右开，即包含 minval，不包含 maxval。 

④ 除了生成随机数，还可以生成常量。tf.zeros([3,2],int32)表示生成[[0,0],[0,0],[0,0]]；tf.ones([3,2],int32)表示生成[[1,1],[1,1],[1,1]；
tf.fill([3,2],6)表示生成[[6,6],[6,6],[6,6]]；tf.constant([3,2,1])表示生成[3,2,1]。 

注意：①随机种子如果去掉每次生成的随机数将不一致。 
②如果没有特殊要求标准差、均值、随机种子是可以不写的。  

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二、神经网络的搭建 
当我们知道张量、计算图、会话和参数后，我们可以讨论神经网络的实现过程了。  
神经网络的实现过程： 
1、准备数据集，提取特征，作为输入喂给神经网络（Neural Network，NN） 
2、搭建 NN 结构，从输入到输出（先搭建计算图，再用会话执行） 
（ NN 前向传播算法  ————>    计算输出） 
3、大量特征数据喂给 NN，迭代优化 NN 参数 
  （ NN 反向传播算法    ————>     优化参数训练模型） 
4、使用训练好的模型预测和分类 

由此可见，基于神经网络的机器学习主要分为两个过程，即训练过程和使用过程。  训练过程是第一步、第二步、第三步的循环迭代，使用过程是第四步，一旦参数优化完成就可以固定这些参数，实现特定应用了。 很多实际应用中，我们会先使用现有的成熟网络结构，喂入新的数据，训练相应模型，判断是否能对喂入的从未见过的新数据作出正确响应，再适当更改网络结构，反复迭代，让机器自动训练参数找出最优结构和参数，以固定专用模型。

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√前向传播就是搭建模型的计算过程，让模型具有推理能力，可以针对一组输入
给出相应的输出。 
举例 
假如生产一批零件，体积为 x1，重量为 x2，体积和重量就是我们选择的特征，
把它们喂入神经网络，当体积和重量这组数据走过神经网络后会得到一个输出。
 
假如输入的特征值是：体积 0.7  重量 0.5   

 由搭建的神经网络可得，隐藏层节点 a11=x1* w11+x2*w21=0.14+0.15=0.29，同理算得节点 a12=0.32，a13=0.38，最终计算得到输出层 Y=-0.015，这便实现了前向传播过程。 
推导：  
第一层  X 是输入为 1X2 矩阵 , 用 x 表示输入，是一个 1 行 2 列矩阵，表示一次输入一组特征，这组特征包含了 体积和重量两个元素。 
√W 前节点编号，后节点编号(层数) 为待优化的参数 对于第一层的 w 前面有两个节点，后面有三个节点 w 应该是个两行三列矩阵，我们这样表示： 

 

 

√神经网络共有几层（或当前是第几层网络）都是指的计算层，输入不是计算层，
所以 a 为第一层网络，a 是一个一行三列矩阵。 
我们这样表示： 
a(1)=[a11, a12, a13]=XW(1) 

第二层 
√参数要满足前面三个节点，后面一个节点，所以 W(2) 是三行一列矩阵。 
我们这样表示 :

我们把每层输入乘以线上的权重 w，这样用矩阵乘法可以计算出输出 y 了。 

a= tf.matmul(X, W1) 
y= tf.matmul(a, W2) 

由于需要计算结果，就要用 with 结构实现，所有变量初始化过程、计算过程都要放到 sess.run 函数中。对于变量初始化，我们在 sess.run 中写入tf.global_variables_initializer 实现对所有变量初始化，也就是赋初值。对于计算图中的运算，我们直接把运算节点填入 sess.run 即可，比如要计算输出y，直接写 sess.run(y) 即可。 
在实际应用中，我们可以一次喂入一组或多组输入，让神经网络计算输出 y，可以先用 tf.placeholder 给输入占位。如果一次喂一组数据 shape 的第一维位置写 1，第二维位置看有几个输入特征；如果一次想喂多组数据，shape 的第一维位置可以写 None 表示先空着，第二维位置写有几个输入特征。这样在 feed_dict 中可以喂入若干组体积重量了。 

前向传播过程的 tensorflow 描述： 
变量初始化、计算图节点运算都要用会话（with 结构）实现 

with tf.Session() as sess: 
     sess.run() 

变量初始化：在 sess.run 函数中用 tf.global_variables_initializer()汇总所有待优化变量。 

init_op = tf.global_variables_initializer() 
 sess.run(init_op) 

计算图节点运算：在 sess.run 函数中写入待运算的节点 

sess.run(y) 

用 tf.placeholder 占位，在 sess.run 函数中用 feed_dict 喂数据 喂一组数据： 
 

x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(1, 2)) 
sess.run(y, feed_dict={x: [[0.5,0.6]]}) 

喂多组数据： 
 

x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2)) 
sess.run(y, feed_dict={x: [[0.1,0.2],[0.2,0.3],[0.3,0.4],[0.4,0.5]]}) 

举例 
这是一个实现神经网络前向传播过程，网络可以自动推理出输出 y 的值。 
①用 placeholder 实现输入定义（sess.run 中喂入一组数据）的情况 
第一组喂体积 0.7、重量 0.5  

 

#coding:utf-8 
import tensorflow as tf 
#定义输入和参数 
x=tf.placeholder(tf.float32,shape=(1,2)) 
w1=tf.Variable(tf.random_normal([2,3],stddev=1,seed=1)) 
w2=tf.Variable(tf.random_normal([3,1],stddev=1,seed=1)) 
#定义前向传播过程 
a=tf.matmul(x,w1) 
y=tf.matmul(a,w2) 
#用会话计算结果 
with tf.Session() as sess: 
init_op=tf.global_variables_initializer() 
sess.run(init_op) 
print ”y in tf3_3.py is:\n”,sess.run(y,feed_dict={x:[[0.7,0.5]]}) 
②用 placeholder 实现输入定义（sess.run 中喂入多组数据）的情况 
第一组喂体积 0.7、重量 0.5，第二组喂体积 0.2、重量 0.3，第三组喂体积 0.3 、
重量 0.4，第四组喂体积 0.4、重量 0.5. 
#coding:utf-8 
import tensorflow as tf 
#定义输入和参数 
x=tf.placeholder(tf.float32,shape=(None,2)) 
w1=tf.Variable(tf.random_normal([2,3],stddev=1,seed=1)) 
w2=tf.Variable(tf.random_normal([3,1],stddev=1,seed=1)) 
#定义前向传播过程 
a=tf.matmul(x,w1) 
y=tf.matmul(a,w2) 
#用会话计算结果 
with tf.Session() as sess: 
init_op=tf.global_variables_initializer() 
sess.run(init_op) 
print”y in tf3_4.py is:\n”,sess.run(y,feed_dict={x:[[0.7,0.5], 
[0.2,0.3],[0.3,0.4]，[0.4,0.5]]})