TensorFlow图像分类教程
深度學習算法與計算機硬件性能的發(fā)展，使研究人員和企業(yè)在圖像識別、語音識別、推薦引擎和機器翻譯等領(lǐng)域取得了巨大的進步。六年前，視覺模式識別領(lǐng)域取得了第一個超凡的成果。兩年前，Google大腦團隊開發(fā)了TensorFlow，并將深度學習巧妙的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。現(xiàn)在，TensorFlow則超越了很多用于深度學習的復雜工具。
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利用TensorFlow，你可以獲得具有強大能力的復雜功能，其強大的基石來自于TensorFlow的易用性。
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在這個由兩部分組成的系列中，我將講述如何快速的創(chuàng)建一個應(yīng)用于圖像識別的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
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TensorFlow計算步驟是并行的，可對其配置進行逐幀視頻分析，也可對其擴展進行時間感知視頻分析。
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本系列文章直接切入關(guān)鍵的部分，只需要對命令行和Python有最基本的了解，就可以在家快速地創(chuàng)建一些令你激動不已的項目。本文不會深入探討TensorFlow的工作原理，如果你想了解更多，我會提供大量額外的參考資料。本系列所有的庫和工具都是免費開源的軟件。
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工作原理
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本教程旨在把一個事先被放到訓練過的類別里的圖片，通過運行一個命令以識別該圖像具體屬于哪個類別。步驟如下圖所示：
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標注：管理訓練數(shù)據(jù)。例如花卉，將雛菊的圖像放到“雛菊”目錄下，將玫瑰放到“玫瑰”目錄下等等，將盡可能多的不同種類的花朵按照類別不同放在不同的目錄下。如果我們不標注“蕨類植物”，那么分類器永遠也不會返回“蕨類植物”。這需要每個類型的很多樣本，因此這一步很重要，并且很耗時。（本文使用預先標記好的數(shù)據(jù)以提高效率）
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訓練：將標記好的數(shù)據(jù)（圖像）提供給模型。有一個工具將隨機抓取一批圖像，使用模型猜測每種花的類型，測試猜測的準確性，重復執(zhí)行，直到使用了大部分訓練數(shù)據(jù)為止。最后一批未被使用的圖像用于計算該訓練模型的準確性。
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分類：在新的圖像上使用模型。例如，輸入：IMG207.JPG，輸出：雛菊。這個步驟快速簡單，且衡量的代價小。
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訓練和分類
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本教程將訓練一個用于識別不同類型花朵的圖像分類器。深度學習需要大量的訓練數(shù)據(jù)，因此，我們需要大量已分類的花朵圖像。值得慶幸的是，另外一個模型在圖像收集和分類這方面做得非常出色，所以我們使用這個帶有腳本的已分類數(shù)據(jù)集，它有現(xiàn)成且完全訓練過的圖像分類模型，重新訓練模型的最后幾層以達到我們想要的結(jié)果，這種技術(shù)稱為遷移學習。
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我們重新訓練的模型是Inception v3，最初是在2015年12月發(fā)表的論文“重新思考計算機視覺的Inception架構(gòu)”中有做論述。
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直到我們做了這個約20分鐘的訓練，Inception才知道如何識別雛菊和郁金香，這就是深度學習中的“學習”部分。
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安裝
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首先，在所選的平臺上安裝Docker。
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在很多TensorFlow教程中最先且唯一依賴的就是Docker（應(yīng)該表明這是個合理的開始）。我也更喜歡這種安裝TensorFlow的方法，因為不需要安裝一系列的依賴項，這可以保持主機（筆記本或桌面）比較干凈。
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Bootstrap TensorFlow
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安裝Docker后，我們準備啟動一個訓練和分類的TensorFlow容器。在硬盤上創(chuàng)建一個2GB空閑空間的工作目錄，創(chuàng)建一個名為local的子目錄，并記錄完整路徑。
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docker run?-v?/path/to/local:/notebooks/local?--rm?-it?--name?tensorflow?
tensorflow/tensorflow:nightly?/bin/bash
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下面是命令解析：
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-v /path/to/local:/notebooks/local將剛創(chuàng)建的local目錄掛載到容器中適當?shù)奈恢谩Ｈ绻褂肦HEL、Fedora或其他支持SELinux的系統(tǒng)，添加:Z允許容器訪問目錄。
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--rm?退出時令docker刪除容器
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-it?連接輸入輸出，實現(xiàn)交互。
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--name tensorflow將容器命名為tensorflow，而不是sneaky_chowderhead或任何Docker定義的隨機名字。
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tensorflow/tensorflow:nightly從Docker Hub?（公共圖像存儲庫）運行tensorflow/tensorflow的nightly?圖像，而不是最新的圖像（默認為最近建立／可用圖像）。使用nightly圖像而不是latest圖像，是因為（在寫入時）latest包含的一個bug會破壞TensorBoard，這是我們稍后需要的一個數(shù)據(jù)可視化工具。
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/bin/bash指定運行Bash shell，而不運行系統(tǒng)默認命令。
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訓練模型
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在容器中運行下述命令，對訓練數(shù)據(jù)進行下載和完整性檢查。
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curl?-O?http://download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz
echo?'db6b71d5d3afff90302ee17fd1fefc11d57f243f??flower_photos.tgz'?|?sha1sum?-c
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如果沒有看到“flower_photos.tgz”信息：說明文件不正確。如果上訴curl?或sha1sum步驟失敗，請手動下載訓練數(shù)據(jù)包并解壓（SHA-1?校驗碼：db6b71d5d3afff90302ee17fd1fefc11d57f243f）到本地主機的local目錄下。
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現(xiàn)在把訓練數(shù)據(jù)放好，然后對再訓練腳本進行下載和完整性檢查。
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mv?flower_photos.tgz local/
cd?local
curl?-O?https://raw.githubusercontent.com/tensorflow/tensorflow/10cf65b48e1b2f16eaa82
6d2793cb67207a085d0/tensorflow/examples/image_retraining/retrain.py
echo?'a74361beb4f763dc2d0101cfe87b672ceae6e2f5??retrain.py'?|?sha1sum?-c
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確認retrain.py有正確的內(nèi)容，你應(yīng)該看到retrain.py: OK.。
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最后，開始學習！運行再訓練腳本。
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python retrain.py --image_dir flower_photos --output_graph output_graph.pb?
--output_labels output_labels.txt
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如果遇到如下錯誤，忽略它：
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TypeError: not all arguments converted during string formatting Logged from file
tf_logging.py, line 82.
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隨著retrain.py?的運行，訓練圖像會自動的分批次訓練、測試和驗證數(shù)據(jù)集。
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在輸出上，我們希望有較高的“訓練精度”和“驗證精度”，以及較低的“交叉熵”。有關(guān)這些術(shù)語的詳細解釋，請參照“如何就新圖片類型再訓練Inception的最后一層”。在當前的硬件上的訓練約30分鐘。
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請注意控制臺輸出的最后一行：
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INFO:tensorflow:Final?test?accuracy =?89.1%?(N=340)
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這說明我們已經(jīng)得到了一個模型：給定一張圖像，10次中有9次可正確猜出是五種花朵類型中的哪一種。由于提供給訓練過程的隨機數(shù)不同，分類的精確度也會有所不同。
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分類
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再添加一個小腳本，就可以將新的花朵圖像添加到模型中，并輸出測試結(jié)果。這就是圖像分類。
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將下述腳本命名為?classify.py保存在本地local目錄：
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import?tensorflow?as?tf,?sys
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image_path?=?sys.argv[1]
graph_path?=?'output_graph.pb'
labels_path?=?'output_labels.txt'
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# Read in the image_data
image_data?=?tf.gfile.FastGFile(image_path,?'rb').read()
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# Loads label file, strips off carriage return
label_lines?=?[line.rstrip()?for?line
? ??in?tf.gfile.GFile(labels_path)]
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# Unpersists graph from file
with?tf.gfile.FastGFile(graph_path,?'rb')?as?f:
? ? graph_def?=?tf.GraphDef()
? ? graph_def.ParseFromString(f.read())
? ? _?=?tf.import_graph_def(graph_def,?name='')
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# Feed the image_data as input to the graph and get first prediction
with?tf.Session()?as?sess:
? ? softmax_tensor?=?sess.graph.get_tensor_by_name('final_result:0')
? ? predictions?=?sess.run(softmax_tensor,?
? ??{'DecodeJpeg/contents:0': image_data})
? ??# Sort to show labels of first prediction in order of confidence
? ? top_k?=?predictions[0].argsort()[-len(predictions[0]):][::-1]
? ??for?node_id?in?top_k:
? ? ? ? ?human_string?=?label_lines[node_id]
? ? ? ? ?score?=?predictions[0][node_id]
? ? ? ? ?print('%s (score = %.5f)'?%?(human_string,?score))
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為了測試你自己的圖像，保存在local目錄下并命名為test.jpg，運行（在容器內(nèi)）?python classify.py test.jpg。輸出結(jié)果如下：
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sunflowers?(score?=?0.78311)
daisy?(score?=?0.20722)
dandelion?(score?=?0.00605)
tulips?(score?=?0.00289)
roses?(score?=?0.00073)
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數(shù)據(jù)說明了一切！模型確定圖像中的花朵是向日葵的準確度為78.311%。數(shù)值越高表明匹配度越高。請注意，只能有一個匹配類型。多標簽分類則需要另外一個不同的方法。
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分類腳本中的圖表加載代碼已經(jīng)被破壞，在這里，我用graph_def = tf.GraphDef()等作為圖表加載代碼。
利用零基礎(chǔ)知識和一些代碼，我們建了一個相當好的花卉圖像分類器，在現(xiàn)有的筆記本電腦上每秒大約可以處理5張圖像。
END
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的TensorFlow图像分类教程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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