Tensorflow-Tutorial

2018-04 更新说明

时间过去一年，TensorFlow 已经从 1.0 版本更新到了 1.8 版本，而且最近更新的非常频繁。最烦的就是每次更新很多 API 都改了，一些老版本的代码就跑不通了。因为本项目关注的人越来越多了，所以自己也感觉到非常有必要更新并更正一些之前的错误，否则误人子弟就不好了。这里不少内容可以直接在官方的教程中找到，官方文档也在不断完善中，我也是把里边的例子跑一下，加深理解而已，更多的还是要自己在具体任务中去搭模型，训模型才能很好地掌握。

这一次更新主要内容如下：

• 使用较新版本的 tfmaster
• 所有的代码改成 python3.5
• 重新整理了基础用例
• 添加实战例子

因为工作和学习比较忙，所以这些内容也没办法一下子完成。和之前的版本不同，之前我是作为一个入门菜鸟一遍学一边做笔记。虽然现在依然还是理解得不够，但是比之前掌握的知识应该多了不少，希望能够整理成一个更好的教程。

之前的代码我放在了另外一个分支上： https://github.com/yongyehuang/Tensorflow-Tutorial/tree/1.2.1

如果有什么问题或者建议，欢迎开issue或者邮件与我联系：yongye@bupt.edu.cn

运行环境

• python 3.5
• tensorflow master (gpu version)

文件结构

|- Tensorflow-Tutorial
|　　|- example-notebook　　　　　# 入门教程 notebook 版
|　　|- example-python　　　　　　# 入门教程 .py 版
|　　|- utils　　　　　           # 一些工具函数(logging, tf.flags)
|　　|- models　　　　　          # 一些实战的例子(BN, GAN, 序列标注，seq2seq 等，持续更新)
|　　|- data　　　　　　　        # 数据
|　　|- doc　　　　　　　　　　   # 相关文档

1.入门例子

T_01.TensorFlow 的基本用法

• notebook

介绍 TensorFlow 的变量、常量和基本操作，最后介绍了一个非常简单的回归拟合例子。

T_02.实现一个两层的全连接网络对 MNIST 进行分类

• notebook

T_03.TensorFlow 变量命名管理机制

• notebook1 介绍 tf.Variable() 和 tf.get_variable() 创建变量的区别；介绍如何使用 tf.name_scope() 和 tf.variable_scope() 管理命名空间。

• notebook2 除了使用变量命名来管理变量之外，还经常用到 collection 的方式来聚合一些变量或者操作。

T_04.实现一个两层的卷积神经网络（CNN）对 MNIST 进行分类

• notebook1-使用原生API构建CNN

构建一个非常简单的 CNN 网络，同时输出中间各个核的可视化来理解 CNN 的原理。

第一层卷积核可视化

• notebook2-自定义函数构建CNN

• notebook3-使用tf.layers高级API构建CNN

• code-加入 BN 层的 CNN

在上一个例子的基础上，加入 BN 层。在 CNN 中，使用 BN 层可以加速收敛速度，同时也能够减小初始化方式的影响。在使用 BN 层的时候要注意训练时用的是 mini-batch 的均值方差，测试时用的是指数平均的均值方差。所以在训练的过程中，一定要记得更新并保存均值方差。

在这个小网络中：迭代 10000 步，batch_size=100，大概耗时 45s；添加了 BN 层之后，迭代同样的次数，大概耗时 90s.

T_05.实现多层的 LSTM 和 GRU 网络对 MNIST 进行分类

• LSTM-notebook
• GRU-notebook
• Bi-GRU-notebook

字符 8

lstm 对字符 8 的识别过程

T_06.tensorboard 的简单用法

• notebook

简单的 tensorboard 可视化

T_07.使用 tf.train.Saver() 来保存模型

• notebook

T_08.【迁移学习】往一个已经保存好的 模型添加新的变量

• notebook

T_09.使用 tfrecord 打包不定长的序列数据

• notebook
• reader-code
• writer-code

T_10.使用 tf.data.Dataset 和 tfrecord 给 numpy 数据构建数据集

• dataset-notebook
• tfrecord-reader-code
• tfrecord-writer-code

下面是对 MNIST 数据训练集 55000 个样本 读取的一个速度比较，统一 batch_size=128，主要比较 one-shot 和 initializable 两种迭代方式：

iter_mode	buffer_size	100 batch(s)
one-shot	2000	125
one-shot	5000	149
initializable	2000	0.7
initializable	5000	0.7

可以看到，使用 initializable 方式的速度明显要快很多。因为使用 one-shot 方式会把整个矩阵放在图中，计算非常非常慢。

T_11.使用 tf.data.Dataset 和 tfrecord 给 图片数据 构建数据集

• dataset-notebook
• tfrecord-writer-code
• tfrecord-reader-code

对于 png 数据的读取,我尝试了 3 组不同的方式: one-shot 方式, tf 的队列方式(queue), tfrecord 方式. 同样是在机械硬盘上操作, 结果是 tfrecord 方式明显要快一些。（batch_size=128,图片大小为256*256,机械硬盘)

iter_mode	buffer_size	100 batch(s)
one-shot	2000	75
one-shot	5000	86
tf.queue	2000	11
tf.queue	5000	11
tfrecord	2000	5.3
tfrecord	5000	5.3

如果是在 SSD 上面的话,tf 的队列方式应该也是比较快的.打包成 tfrecord 格式只是减少了小文件的读取，其实现也是使用队列的。

T_12.TensorFlow 高级API tf.layers 的使用

• notebook

使用 TensorFlow 原生的 API 能够帮助自己很好的理解网络的细节，但是往往比较低效。 tf.layers 和 tf.keras 一样，是一个封装得比较好的一个高级库，接口用着挺方便的。所以在开发的时候，可以使用高级的接口能够有效的提高工作效率。

2.TensorFlow 实战(持续更新)

下面的每个例子都是相互独立的，每个文件夹下面的代码都是可以单独运行的，不依赖于其他文件夹。

m01_batch_normalization: Batch Normalization 的使用

参考：tensorflow中batch normalization的用法

m02_dcgan: 使用 DCGAN 生成二次元头像

参考：

• 原论文:Unsupervised Representation Learning with Deep Convolutional Generative Adversarial Networks
• GAN学习指南：从原理入门到制作生成Demo
• 代码：carpedm20/DCGAN-tensorflow
• 代码：aymericdamien/TensorFlow-Examples

这里的 notebook 和 .py 文件的内容是一样的。本例子和下面的 GAN 模型用的数据集也是用了GAN学习指南：从原理入门到制作生成Demo 的二次元头像，感觉这里例子比较有意思。如果想使用其他数据集的话，只需要把数据集换一下就行了。

下载链接: https://pan.baidu.com/s/1HBJpfkIFaGh0s2nfNXJsrA 密码: x39r

下载后把所有的图片解压到一个文件夹中，比如本例中是： data_path = '../../data/anime/'

运行： python dcgan.py

m03_wgan: 使用 WGAN 生成二次元头像

这里的生成器和判别器我只实现了 DCGAN，没有实现 MLP. 如果想实现的话可以参考下面的两个例子。 参考：

• 原论文:Wasserstein GAN
• 代码：jiamings/wgan
• 代码：Zardinality/WGAN-tensorflow

原版的 wgan： python wgan.py

改进的 wgan-gp: python wgan_gp.py

m04_pix2pix: image-to-image

代码来自：affinelayer/pix2pix-tensorflow