| @ -0,0 +1,533 @@ | ||||
| 
 | ||||
| ## Отчёт по лабораторной работе №1 | ||||
| 
 | ||||
| **Троянов Д.С., Чернов Д.Е. — А-01-22** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 1) В среде Google Colab создали блокнот. Импортировали необходимые библиотеки и модули. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # импорт модулей | ||||
| import tensorflow as tf | ||||
| from tensorflow import keras | ||||
| from keras.datasets import mnist | ||||
| from keras.models import Sequential | ||||
| from keras.layers import Dense | ||||
| from keras.utils import to_categorical | ||||
| from sklearn.model_selection import train_test_split | ||||
| import matplotlib.pyplot as plt | ||||
| import numpy as np | ||||
| from PIL import Image | ||||
| import os | ||||
| 
 | ||||
| # Укажем текущую директорию | ||||
| os.chdir('/content/drive/MyDrive/Colab Notebooks/is_dnn/labworks/LW1') | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 2) Загрузили набор данных MNIST, содержащий размеченные изображения рукописных цифр. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Загрузка датасета | ||||
| (X_train_orig, y_train_orig), (X_test_orig, y_test_orig) = mnist.load_data() | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 3) Разбили набор данных на обучающие и тестовые данные в соотношении 60 000:10 000 элементов. | ||||
| При разбиении параметр `random_state` выбрали равным (4k – 1), где k - номер бригады, k = 6 ⇒ `random_state = 23`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # разбиваем выборку на обучающую и тестовую выборку | ||||
| X = np.concatenate((X_train_orig, X_test_orig)) | ||||
| y = np.concatenate((y_train_orig, y_test_orig)) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( | ||||
|     X, y, | ||||
|     test_size=10000, | ||||
|     train_size=60000, | ||||
|     random_state=3, | ||||
| ) | ||||
| 
 | ||||
| # вывод размерности массивов данных | ||||
| print('Shape of X train:', X_train.shape) | ||||
| print('Shape of y train:', y_train.shape) | ||||
| print('Shape of X test:', X_test.shape) | ||||
| print('Shape of y test:', y_test.shape) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of X train: (60000, 28, 28) | ||||
| Shape of y train: (60000,) | ||||
| Shape of X test: (10000, 28, 28) | ||||
| Shape of y test: (10000,) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 4) Вывели первые 4 элемента обучающих данных (изображения и метки цифр). | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Вывод первых 4 изображений | ||||
| fig, axes = plt.subplots(1, 4, figsize=(12, 3)) | ||||
| for i in range(4): | ||||
|     axes[i].imshow(X_train[i], cmap='gray') | ||||
|     axes[i].set_title(f'Метка: {y_train[i]}') | ||||
|     axes[i].axis('off') | ||||
| plt.tight_layout() | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| # Были выведены цифры 7, 8, 2, 2 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 5) Провели предобработку данных: привели обучающие и тестовые данные к формату, пригодному для обучения нейронной сети. Входные данные должны принимать значения от 0 до 1, метки цифр должны быть закодированы по принципу «one-hot encoding». Вывели размерности предобработанных обучающих и тестовых массивов данных. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # развернем каждое изображение 28*28 в вектор 784 | ||||
| num_pixels = X_train.shape[1] * X_train.shape[2] | ||||
| X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0], num_pixels) / 255 | ||||
| X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0], num_pixels) / 255 | ||||
| print('Shape of transformed X train:', X_train.shape) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of transformed X train: (60000, 784) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # переведем метки в one-hot | ||||
| from keras.utils import to_categorical | ||||
| y_train = to_categorical(y_train) | ||||
| y_test = to_categorical(y_test) | ||||
| print('Shape of transformed y train:', y_train.shape) | ||||
| num_classes = y_train.shape[1] | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of transformed y train: (60000, 10) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 6) Реализовали модель однослойной нейронной сети и обучили ее на обучающих данных с выделением части обучающих данных в качестве валидационных. Вывели информацию об архитектуре нейронной сети. Вывели график функции ошибки на обучающих и валидационных данных по эпохам. | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| model_0 = Sequential() | ||||
| model_0.add(Dense(units=num_classes, input_dim=num_pixels, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
| # Компиляция модели | ||||
| model_0.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                 optimizer='sgd', | ||||
|                 metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
| # Вывод информации об архитектуре | ||||
| print("Архитектура однослойной сети:") | ||||
| model_0.summary() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| # Обучение модели | ||||
| history_0 = model_0.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # График функции ошибки по эпохам | ||||
| plt.figure(figsize=(10, 6)) | ||||
| plt.plot(history_0.history['loss'], label='Обучающая выборка') | ||||
| plt.plot(history_0.history['val_loss'], label='Валидационная выборка') | ||||
| plt.title('Функция ошибки по эпохам (Однослойная сеть)') | ||||
| plt.xlabel('Эпохи') | ||||
| plt.ylabel('Ошибка') | ||||
| plt.legend() | ||||
| plt.grid(True) | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 7) Применили обученную модель к тестовым данным. Вывели значение функции ошибки и значение метрики качества классификации на тестовых данных. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Оценка на тестовых данных | ||||
| scores_0 = model_0.evaluate(X_test, y_test, verbose=0) | ||||
| print("Результаты однослойной сети:") | ||||
| print(f"Ошибка на тестовых данных: {scores_0[0]}") | ||||
| print(f"Точность на тестовых данных: {scores_0[1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Результаты однослойной сети: | ||||
| 		Ошибка на тестовых данных: 0.28625616431236267 | ||||
| 		Точность на тестовых данных: 0.92330002784729 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 8) Добавили в модель один скрытый и провели обучение и тестирование (повторить п. 6–7) при 100, 300, 500 нейронах в скрытом слое. По метрике качества классификации на тестовых данных выбрали наилучшее количество нейронов в скрытом слое. В качестве функции активации нейронов в скрытом слое использовали функцию `sigmoid`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Функция для создания и обучения модели | ||||
| def create_and_train_model(hidden_units, model_name): | ||||
|     model = Sequential() | ||||
|     model.add(Dense(units=hidden_units, input_dim=num_pixels, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=num_classes, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
|     model.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                   optimizer='sgd', | ||||
|                   metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
|     history = model.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| 
 | ||||
|     scores = model.evaluate(X_test, y_test, verbose=0) | ||||
| 
 | ||||
|     return model, history, scores | ||||
| 
 | ||||
| # Эксперименты с разным количеством нейронов | ||||
| hidden_units_list = [100, 300, 500] | ||||
| models_1 = {} | ||||
| histories_1 = {} | ||||
| scores_1 = {} | ||||
| 
 | ||||
| # Обучение сетей с одним скрытым слоем | ||||
| for units in hidden_units_list: | ||||
|     print(f" | ||||
| Обучение модели с {units} нейронами...") | ||||
|     model, history, scores = create_and_train_model(units, f"model_{units}") | ||||
| 
 | ||||
|     models_1[units] = model | ||||
|     histories_1[units] = history | ||||
|     scores_1[units] = scores | ||||
| 
 | ||||
|     print(f"Точность: {scores[1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Определим лучшую модель по итогвой точности | ||||
| ```python | ||||
| # Выбор наилучшей модели | ||||
| best_units_1 = max(scores_1.items(), key=lambda x: x[1][1])[0] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшее количество нейронов: {best_units_1}") | ||||
| print(f"Точность: {scores_1[best_units_1][1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		Наилучшее количество нейронов: 100 | ||||
| 		Точность: 0.9422000050544739 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Отобразим графики ошибок для каждой из архитектур нейросети | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Графики ошибок для всех моделей | ||||
| plt.figure(figsize=(15, 5)) | ||||
| for i, units in enumerate(hidden_units_list, 1): | ||||
|     plt.subplot(1, 3, i) | ||||
|     plt.plot(histories_1[units].history['loss'], label='Обучающая') | ||||
|     plt.plot(histories_1[units].history['val_loss'], label='Валидационная') | ||||
|     plt.title(f'{units} нейронов') | ||||
|     plt.xlabel('Эпохи') | ||||
|     plt.ylabel('Ошибка') | ||||
|     plt.legend() | ||||
|     plt.grid(True) | ||||
| plt.tight_layout() | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| **По результатам проведнного эксперимента наилучший показатель точности продемонстрировала нейронная сеть со 100 нейронами в скрытом слое - примерно 0.9422.** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 9) Добавили в архитектуру с лучшим показателем из п. 8, второй скрытый слой и провели обучение и тестирование при 50 и 100 нейронах во втором скрытом слое. В качестве функции активации нейронов в скрытом слое использовали функцию `sigmoid`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Добавление второго скрытого слоя | ||||
| second_layer_units = [50, 100] | ||||
| models_2 = {} | ||||
| histories_2 = {} | ||||
| scores_2 = {} | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| for units_2 in second_layer_units: | ||||
|     print(f" | ||||
| Обучение модели со вторым слоем {units_2} нейронов") | ||||
| 
 | ||||
|     model = Sequential() | ||||
|     model.add(Dense(units=best_units_1, input_dim=num_pixels, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=units_2, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=num_classes, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
|     model.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                   optimizer='sgd', | ||||
|                   metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
|     history = model.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| 
 | ||||
|     scores = model.evaluate(X_test, y_test) | ||||
| 
 | ||||
|     models_2[units_2] = model | ||||
|     histories_2[units_2] = history | ||||
|     scores_2[units_2] = scores | ||||
| 
 | ||||
|     print(f"Точность: {scores[1]}") | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Результаты обучения моделей: | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Обучение модели со вторым слоем 50 нейронов: | ||||
| Точность: 0.9417999982833862 | ||||
| 
 | ||||
| Обучение модели со вторым слоем 100 нейронов | ||||
| Точность: 0.942300021648407 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Выбор наилучшей двухслойной модели | ||||
| ```python | ||||
| best_units_2 = max(scores_2.items(), key=lambda x: x[1][1])[0] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшее количество нейронов во втором слое: {best_units_2}") | ||||
| print(f"Точность: {scores_2[best_units_2][1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 	Наилучшее количество нейронов во втором слое: 100 | ||||
| 	Точность: 0.9423 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ## 10) Результаты исследования архитектуры нейронной сети занесли в таблицу: | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Сбор результатов | ||||
| results = { | ||||
|     '0 слоев': {'нейроны_1': '-', 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_0[1]}, | ||||
|     '1 слой_100': {'нейроны_1': 100, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[100][1]}, | ||||
|     '1 слой_300': {'нейроны_1': 300, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[300][1]}, | ||||
|     '1 слой_500': {'нейроны_1': 500, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[500][1]}, | ||||
|     '2 слоя_50': {'нейроны_1': best_units_1, 'нейроны_2': 50, 'точность': scores_2[50][1]}, | ||||
|     '2 слоя_100': {'нейроны_1': best_units_1, 'нейроны_2': 100, 'точность': scores_2[100][1]} | ||||
| } | ||||
| 
 | ||||
| # Создаем DataFrame из результатов | ||||
| df_results = pd.DataFrame([ | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 0, 'Нейроны_1_слоя': '-', 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['0 слоев']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 100, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_100']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 300, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_300']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 500, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_500']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 2, 'Нейроны_1_слоя': best_units_1, 'Нейроны_2_слоя': 50, 'Точность': results['2 слоя_50']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 2, 'Нейроны_1_слоя': best_units_1, 'Нейроны_2_слоя': 100, 'Точность': results['2 слоя_100']['точность']} | ||||
| ]) | ||||
| 
 | ||||
| print(" " * 20 + "ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ") | ||||
| print("=" * 70) | ||||
| # print(df_results.to_string(index=False, formatters={ | ||||
| #     'Точность': '{:.4f}'.format | ||||
| # })) | ||||
| print(df_results.reset_index(drop=True)) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ | ||||
| 		====================================================================== | ||||
| 		   Кол-во скрытых слоев Нейроны_1_слоя Нейроны_2_слоя  Точность | ||||
| 		0                     0              -              -    0.9233 | ||||
| 		1                     1            100              -    0.9422 | ||||
| 		2                     1            300              -    0.9377 | ||||
| 		3                     1            500              -    0.9312 | ||||
| 		4                     2            100             50    0.9418 | ||||
| 		5                     2            100            100    0.9423 | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Выбор наилучшей модели | ||||
| best_model_type = max(results.items(), key=lambda x: x[1]['точность'])[0] | ||||
| best_accuracy = results[best_model_type]['точность'] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшая архитектура: {best_model_type}") | ||||
| print(f"Точность: {best_accuracy}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		Наилучшая архитектура: 2 слоя_100 | ||||
| 		Точность: 0.9423 | ||||
| ``` | ||||
| ### По результатам исследования сделали выводы и выбрали наилучшую архитектуру нейронной сети с точки зрения качества классификации. | ||||
| 
 | ||||
| **Из таблицы следует, что лучшей архитектурой является НС с двумя скрытыми слоями по 100 и 50 нейронов, второе место занимает НС с одним скрытым слоем и 100 нейронами, на основе которой мы и строили НС с двумя скрытыми слоями. При увеличении количества нейронов в архитектуре НС с 1-м скрытым слоем в результате тестирования было вявлено, что метрики качества падают. Это связано с переобучение нашей НС с 1-м скрытым слоем (когда построенная модель хорошо объясняет примеры из обучающей выборки, но относительно плохо работает на примерах, не участвовавших в обучении) Такая тенденция вероятно возникает из-за простоты датасета MNIST, при усложнении архитектуры НС начинает переобучаться, а оценка качества на тестовых данных падает. Но также стоит отметить, что при усложнении структуры НС точнсть модели также и растет.** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 11) Сохранили наилучшую нейронную сеть на диск. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Сохранение модели | ||||
| best_model.save('best_mnist_model.keras') | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 12) Для нейронной сети наилучшей архитектуры вывели два тестовых изображения, истинные метки и результат распознавания изображений. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод тестового изображения и результата распознавания (1) | ||||
| n = 123 | ||||
| result = best_model.predict(X_test[n:n+1]) | ||||
| print('NN output:', result) | ||||
| plt.imshow(X_test[n].reshape(28,28), cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| print('Real mark: ', str(np.argmax(y_test[n]))) | ||||
| print('NN answer: ', str(np.argmax(result))) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод тестового изображения и результата распознавания (3) | ||||
| n = 353 | ||||
| result = best_model.predict(X_test[n:n+1]) | ||||
| print('NN output:', result) | ||||
| plt.imshow(X_test[n].reshape(28,28), cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| print('Real mark: ', str(np.argmax(y_test[n]))) | ||||
| print('NN answer: ', str(np.argmax(result))) | ||||
| ``` | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 13) Создали собственные изображения рукописных цифр, подобное представленным в наборе MNIST. Цифру выбрали как остаток от деления на 10 числа своего дня рождения (12 марта → 2, 17 сентября → 7 ). Сохранили изображения. Загрузили, предобработали и подали на вход обученной нейронной сети собственные изображения. Вывели изображения и результаты распознавания. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # загрузка собственного изображения | ||||
| file_data_2 = Image.open('2.png') | ||||
| file_data_7 = Image.open('7.png') | ||||
| file_data_2 = file_data_2.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| file_data_7 = file_data_7.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| test_img_2 = np.array(file_data_2) | ||||
| test_img_7 = np.array(file_data_7) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 2) | ||||
| plt.imshow(test_img_2, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_2 = test_img_2 / 255 | ||||
| test_img_2 = test_img_2.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_2) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 31ms/step | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 7) | ||||
| plt.imshow(test_img_7, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_7 = test_img_7 / 255 | ||||
| test_img_7 = test_img_7.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_7) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
|  | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 48ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| **Как видим в результате эксперимента наша НС недостаточно точно определила изображение цифры 2. Возможно это связано с малом размером используемой выборки. Для улучшения качества решения задачи классификации можно либо увеличить размерность выборки для обучения НС, либо изменить структуру НС для более точной ее работы** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 14) Создать копию собственного изображения, отличающуюся от оригинала поворотом на 90 градусов в любую сторону. Сохранили изображения. Загрузили, предобработали и подали на вход обученной нейронной сети измененные изображения. Вывели изображения и результаты распознавания. Сделали выводы по результатам эксперимента. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # загрузка собственного изображения | ||||
| file_data_2_90 = Image.open('2_90.png') | ||||
| file_data_7_90 = Image.open('7_90.png') | ||||
| file_data_2_90 = file_data_2_90.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| file_data_7_90 = file_data_7_90.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| test_img_2_90 = np.array(file_data_2_90) | ||||
| test_img_7_90= np.array(file_data_7_90) | ||||
| 
 | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 2) | ||||
| plt.imshow(test_img_2_90, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_2_90 = test_img_2_90 / 255 | ||||
| test_img_2_90 = test_img_2_90.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_2_90) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 91ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 7) | ||||
| plt.imshow(test_img_7_90, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_7_90 = test_img_7_90 / 255 | ||||
| test_img_7_90 = test_img_7_90.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_7_90) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 48ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| **При повороте рисунков цифр НС не смогла распознать одну из цифр. Так получилось, во-первых, по той же причине, почему НС не распознала одну из цифр в пункте 13, во-вторых - наша НС не обучалась на перевернутых цифрах** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
|          | ||||
| После Ширина: | Высота: | Размер: 315 B | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 948 B | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 273 B | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 920 B | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 24 KiB | 
| @ -0,0 +1,533 @@ | ||||
| 
 | ||||
| ## Отчёт по лабораторной работе №1 | ||||
| 
 | ||||
| **Троянов Д.С., Чернов Д.Е. — А-01-22** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 1) В среде Google Colab создали блокнот. Импортировали необходимые библиотеки и модули. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # импорт модулей | ||||
| import tensorflow as tf | ||||
| from tensorflow import keras | ||||
| from keras.datasets import mnist | ||||
| from keras.models import Sequential | ||||
| from keras.layers import Dense | ||||
| from keras.utils import to_categorical | ||||
| from sklearn.model_selection import train_test_split | ||||
| import matplotlib.pyplot as plt | ||||
| import numpy as np | ||||
| from PIL import Image | ||||
| import os | ||||
| 
 | ||||
| # Укажем текущую директорию | ||||
| os.chdir('/content/drive/MyDrive/Colab Notebooks/is_dnn/labworks/LW1') | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 2) Загрузили набор данных MNIST, содержащий размеченные изображения рукописных цифр. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Загрузка датасета | ||||
| (X_train_orig, y_train_orig), (X_test_orig, y_test_orig) = mnist.load_data() | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 3) Разбили набор данных на обучающие и тестовые данные в соотношении 60 000:10 000 элементов. | ||||
| При разбиении параметр `random_state` выбрали равным (4k – 1), где k - номер бригады, k = 6 ⇒ `random_state = 23`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # разбиваем выборку на обучающую и тестовую выборку | ||||
| X = np.concatenate((X_train_orig, X_test_orig)) | ||||
| y = np.concatenate((y_train_orig, y_test_orig)) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( | ||||
|     X, y, | ||||
|     test_size=10000, | ||||
|     train_size=60000, | ||||
|     random_state=3, | ||||
| ) | ||||
| 
 | ||||
| # вывод размерности массивов данных | ||||
| print('Shape of X train:', X_train.shape) | ||||
| print('Shape of y train:', y_train.shape) | ||||
| print('Shape of X test:', X_test.shape) | ||||
| print('Shape of y test:', y_test.shape) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of X train: (60000, 28, 28) | ||||
| Shape of y train: (60000,) | ||||
| Shape of X test: (10000, 28, 28) | ||||
| Shape of y test: (10000,) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 4) Вывели первые 4 элемента обучающих данных (изображения и метки цифр). | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Вывод первых 4 изображений | ||||
| fig, axes = plt.subplots(1, 4, figsize=(12, 3)) | ||||
| for i in range(4): | ||||
|     axes[i].imshow(X_train[i], cmap='gray') | ||||
|     axes[i].set_title(f'Метка: {y_train[i]}') | ||||
|     axes[i].axis('off') | ||||
| plt.tight_layout() | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| # Были выведены цифры 7, 8, 2, 2 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 5) Провели предобработку данных: привели обучающие и тестовые данные к формату, пригодному для обучения нейронной сети. Входные данные должны принимать значения от 0 до 1, метки цифр должны быть закодированы по принципу «one-hot encoding». Вывели размерности предобработанных обучающих и тестовых массивов данных. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # развернем каждое изображение 28*28 в вектор 784 | ||||
| num_pixels = X_train.shape[1] * X_train.shape[2] | ||||
| X_train = X_train.reshape(X_train.shape[0], num_pixels) / 255 | ||||
| X_test = X_test.reshape(X_test.shape[0], num_pixels) / 255 | ||||
| print('Shape of transformed X train:', X_train.shape) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of transformed X train: (60000, 784) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # переведем метки в one-hot | ||||
| from keras.utils import to_categorical | ||||
| y_train = to_categorical(y_train) | ||||
| y_test = to_categorical(y_test) | ||||
| print('Shape of transformed y train:', y_train.shape) | ||||
| num_classes = y_train.shape[1] | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Shape of transformed y train: (60000, 10) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 6) Реализовали модель однослойной нейронной сети и обучили ее на обучающих данных с выделением части обучающих данных в качестве валидационных. Вывели информацию об архитектуре нейронной сети. Вывели график функции ошибки на обучающих и валидационных данных по эпохам. | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| model_0 = Sequential() | ||||
| model_0.add(Dense(units=num_classes, input_dim=num_pixels, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
| # Компиляция модели | ||||
| model_0.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                 optimizer='sgd', | ||||
|                 metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
| # Вывод информации об архитектуре | ||||
| print("Архитектура однослойной сети:") | ||||
| model_0.summary() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| # Обучение модели | ||||
| history_0 = model_0.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # График функции ошибки по эпохам | ||||
| plt.figure(figsize=(10, 6)) | ||||
| plt.plot(history_0.history['loss'], label='Обучающая выборка') | ||||
| plt.plot(history_0.history['val_loss'], label='Валидационная выборка') | ||||
| plt.title('Функция ошибки по эпохам (Однослойная сеть)') | ||||
| plt.xlabel('Эпохи') | ||||
| plt.ylabel('Ошибка') | ||||
| plt.legend() | ||||
| plt.grid(True) | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 7) Применили обученную модель к тестовым данным. Вывели значение функции ошибки и значение метрики качества классификации на тестовых данных. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Оценка на тестовых данных | ||||
| scores_0 = model_0.evaluate(X_test, y_test, verbose=0) | ||||
| print("Результаты однослойной сети:") | ||||
| print(f"Ошибка на тестовых данных: {scores_0[0]}") | ||||
| print(f"Точность на тестовых данных: {scores_0[1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Результаты однослойной сети: | ||||
| 		Ошибка на тестовых данных: 0.28625616431236267 | ||||
| 		Точность на тестовых данных: 0.92330002784729 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 8) Добавили в модель один скрытый и провели обучение и тестирование (повторить п. 6–7) при 100, 300, 500 нейронах в скрытом слое. По метрике качества классификации на тестовых данных выбрали наилучшее количество нейронов в скрытом слое. В качестве функции активации нейронов в скрытом слое использовали функцию `sigmoid`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Функция для создания и обучения модели | ||||
| def create_and_train_model(hidden_units, model_name): | ||||
|     model = Sequential() | ||||
|     model.add(Dense(units=hidden_units, input_dim=num_pixels, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=num_classes, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
|     model.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                   optimizer='sgd', | ||||
|                   metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
|     history = model.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| 
 | ||||
|     scores = model.evaluate(X_test, y_test, verbose=0) | ||||
| 
 | ||||
|     return model, history, scores | ||||
| 
 | ||||
| # Эксперименты с разным количеством нейронов | ||||
| hidden_units_list = [100, 300, 500] | ||||
| models_1 = {} | ||||
| histories_1 = {} | ||||
| scores_1 = {} | ||||
| 
 | ||||
| # Обучение сетей с одним скрытым слоем | ||||
| for units in hidden_units_list: | ||||
|     print(f" | ||||
| Обучение модели с {units} нейронами...") | ||||
|     model, history, scores = create_and_train_model(units, f"model_{units}") | ||||
| 
 | ||||
|     models_1[units] = model | ||||
|     histories_1[units] = history | ||||
|     scores_1[units] = scores | ||||
| 
 | ||||
|     print(f"Точность: {scores[1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Определим лучшую модель по итогвой точности | ||||
| ```python | ||||
| # Выбор наилучшей модели | ||||
| best_units_1 = max(scores_1.items(), key=lambda x: x[1][1])[0] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшее количество нейронов: {best_units_1}") | ||||
| print(f"Точность: {scores_1[best_units_1][1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		Наилучшее количество нейронов: 100 | ||||
| 		Точность: 0.9422000050544739 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Отобразим графики ошибок для каждой из архитектур нейросети | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Графики ошибок для всех моделей | ||||
| plt.figure(figsize=(15, 5)) | ||||
| for i, units in enumerate(hidden_units_list, 1): | ||||
|     plt.subplot(1, 3, i) | ||||
|     plt.plot(histories_1[units].history['loss'], label='Обучающая') | ||||
|     plt.plot(histories_1[units].history['val_loss'], label='Валидационная') | ||||
|     plt.title(f'{units} нейронов') | ||||
|     plt.xlabel('Эпохи') | ||||
|     plt.ylabel('Ошибка') | ||||
|     plt.legend() | ||||
|     plt.grid(True) | ||||
| plt.tight_layout() | ||||
| plt.show() | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| **По результатам проведнного эксперимента наилучший показатель точности продемонстрировала нейронная сеть со 100 нейронами в скрытом слое - примерно 0.9422.** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 9) Добавили в архитектуру с лучшим показателем из п. 8, второй скрытый слой и провели обучение и тестирование при 50 и 100 нейронах во втором скрытом слое. В качестве функции активации нейронов в скрытом слое использовали функцию `sigmoid`. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Добавление второго скрытого слоя | ||||
| second_layer_units = [50, 100] | ||||
| models_2 = {} | ||||
| histories_2 = {} | ||||
| scores_2 = {} | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| for units_2 in second_layer_units: | ||||
|     print(f" | ||||
| Обучение модели со вторым слоем {units_2} нейронов") | ||||
| 
 | ||||
|     model = Sequential() | ||||
|     model.add(Dense(units=best_units_1, input_dim=num_pixels, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=units_2, activation='sigmoid')) | ||||
|     model.add(Dense(units=num_classes, activation='softmax')) | ||||
| 
 | ||||
|     model.compile(loss='categorical_crossentropy', | ||||
|                   optimizer='sgd', | ||||
|                   metrics=['accuracy']) | ||||
| 
 | ||||
|     history = model.fit(X_train, y_train, | ||||
|                         validation_split=0.1, | ||||
|                         epochs=50) | ||||
| 
 | ||||
|     scores = model.evaluate(X_test, y_test) | ||||
| 
 | ||||
|     models_2[units_2] = model | ||||
|     histories_2[units_2] = history | ||||
|     scores_2[units_2] = scores | ||||
| 
 | ||||
|     print(f"Точность: {scores[1]}") | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Результаты обучения моделей: | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| Обучение модели со вторым слоем 50 нейронов: | ||||
| Точность: 0.9417999982833862 | ||||
| 
 | ||||
| Обучение модели со вторым слоем 100 нейронов | ||||
| Точность: 0.942300021648407 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| # Выбор наилучшей двухслойной модели | ||||
| ```python | ||||
| best_units_2 = max(scores_2.items(), key=lambda x: x[1][1])[0] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшее количество нейронов во втором слое: {best_units_2}") | ||||
| print(f"Точность: {scores_2[best_units_2][1]}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 	Наилучшее количество нейронов во втором слое: 100 | ||||
| 	Точность: 0.9423 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ## 10) Результаты исследования архитектуры нейронной сети занесли в таблицу: | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Сбор результатов | ||||
| results = { | ||||
|     '0 слоев': {'нейроны_1': '-', 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_0[1]}, | ||||
|     '1 слой_100': {'нейроны_1': 100, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[100][1]}, | ||||
|     '1 слой_300': {'нейроны_1': 300, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[300][1]}, | ||||
|     '1 слой_500': {'нейроны_1': 500, 'нейроны_2': '-', 'точность': scores_1[500][1]}, | ||||
|     '2 слоя_50': {'нейроны_1': best_units_1, 'нейроны_2': 50, 'точность': scores_2[50][1]}, | ||||
|     '2 слоя_100': {'нейроны_1': best_units_1, 'нейроны_2': 100, 'точность': scores_2[100][1]} | ||||
| } | ||||
| 
 | ||||
| # Создаем DataFrame из результатов | ||||
| df_results = pd.DataFrame([ | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 0, 'Нейроны_1_слоя': '-', 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['0 слоев']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 100, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_100']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 300, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_300']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 1, 'Нейроны_1_слоя': 500, 'Нейроны_2_слоя': '-', 'Точность': results['1 слой_500']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 2, 'Нейроны_1_слоя': best_units_1, 'Нейроны_2_слоя': 50, 'Точность': results['2 слоя_50']['точность']}, | ||||
|     {'Кол-во скрытых слоев': 2, 'Нейроны_1_слоя': best_units_1, 'Нейроны_2_слоя': 100, 'Точность': results['2 слоя_100']['точность']} | ||||
| ]) | ||||
| 
 | ||||
| print(" " * 20 + "ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ") | ||||
| print("=" * 70) | ||||
| # print(df_results.to_string(index=False, formatters={ | ||||
| #     'Точность': '{:.4f}'.format | ||||
| # })) | ||||
| print(df_results.reset_index(drop=True)) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ | ||||
| 		====================================================================== | ||||
| 		   Кол-во скрытых слоев Нейроны_1_слоя Нейроны_2_слоя  Точность | ||||
| 		0                     0              -              -    0.9233 | ||||
| 		1                     1            100              -    0.9422 | ||||
| 		2                     1            300              -    0.9377 | ||||
| 		3                     1            500              -    0.9312 | ||||
| 		4                     2            100             50    0.9418 | ||||
| 		5                     2            100            100    0.9423 | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Выбор наилучшей модели | ||||
| best_model_type = max(results.items(), key=lambda x: x[1]['точность'])[0] | ||||
| best_accuracy = results[best_model_type]['точность'] | ||||
| print(f" | ||||
| Наилучшая архитектура: {best_model_type}") | ||||
| print(f"Точность: {best_accuracy}") | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 		Наилучшая архитектура: 2 слоя_100 | ||||
| 		Точность: 0.9423 | ||||
| ``` | ||||
| ### По результатам исследования сделали выводы и выбрали наилучшую архитектуру нейронной сети с точки зрения качества классификации. | ||||
| 
 | ||||
| **Из таблицы следует, что лучшей архитектурой является НС с двумя скрытыми слоями по 100 и 50 нейронов, второе место занимает НС с одним скрытым слоем и 100 нейронами, на основе которой мы и строили НС с двумя скрытыми слоями. При увеличении количества нейронов в архитектуре НС с 1-м скрытым слоем в результате тестирования было вявлено, что метрики качества падают. Это связано с переобучение нашей НС с 1-м скрытым слоем (когда построенная модель хорошо объясняет примеры из обучающей выборки, но относительно плохо работает на примерах, не участвовавших в обучении) Такая тенденция вероятно возникает из-за простоты датасета MNIST, при усложнении архитектуры НС начинает переобучаться, а оценка качества на тестовых данных падает. Но также стоит отметить, что при усложнении структуры НС точнсть модели также и растет.** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 11) Сохранили наилучшую нейронную сеть на диск. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # Сохранение модели | ||||
| best_model.save('best_mnist_model.keras') | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 12) Для нейронной сети наилучшей архитектуры вывели два тестовых изображения, истинные метки и результат распознавания изображений. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод тестового изображения и результата распознавания (1) | ||||
| n = 123 | ||||
| result = best_model.predict(X_test[n:n+1]) | ||||
| print('NN output:', result) | ||||
| plt.imshow(X_test[n].reshape(28,28), cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| print('Real mark: ', str(np.argmax(y_test[n]))) | ||||
| print('NN answer: ', str(np.argmax(result))) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод тестового изображения и результата распознавания (3) | ||||
| n = 353 | ||||
| result = best_model.predict(X_test[n:n+1]) | ||||
| print('NN output:', result) | ||||
| plt.imshow(X_test[n].reshape(28,28), cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| print('Real mark: ', str(np.argmax(y_test[n]))) | ||||
| print('NN answer: ', str(np.argmax(result))) | ||||
| ``` | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 13) Создали собственные изображения рукописных цифр, подобное представленным в наборе MNIST. Цифру выбрали как остаток от деления на 10 числа своего дня рождения (12 марта → 2, 17 сентября → 7 ). Сохранили изображения. Загрузили, предобработали и подали на вход обученной нейронной сети собственные изображения. Вывели изображения и результаты распознавания. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # загрузка собственного изображения | ||||
| file_data_2 = Image.open('2.png') | ||||
| file_data_7 = Image.open('7.png') | ||||
| file_data_2 = file_data_2.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| file_data_7 = file_data_7.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| test_img_2 = np.array(file_data_2) | ||||
| test_img_7 = np.array(file_data_7) | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 2) | ||||
| plt.imshow(test_img_2, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_2 = test_img_2 / 255 | ||||
| test_img_2 = test_img_2.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_2) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 31ms/step | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 7) | ||||
| plt.imshow(test_img_7, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_7 = test_img_7 / 255 | ||||
| test_img_7 = test_img_7.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_7) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
|  | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 48ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| **Как видим в результате эксперимента наша НС недостаточно точно определила изображение цифры 2. Возможно это связано с малом размером используемой выборки. Для улучшения качества решения задачи классификации можно либо увеличить размерность выборки для обучения НС, либо изменить структуру НС для более точной ее работы** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| ## 14) Создать копию собственного изображения, отличающуюся от оригинала поворотом на 90 градусов в любую сторону. Сохранили изображения. Загрузили, предобработали и подали на вход обученной нейронной сети измененные изображения. Вывели изображения и результаты распознавания. Сделали выводы по результатам эксперимента. | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # загрузка собственного изображения | ||||
| file_data_2_90 = Image.open('2_90.png') | ||||
| file_data_7_90 = Image.open('7_90.png') | ||||
| file_data_2_90 = file_data_2_90.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| file_data_7_90 = file_data_7_90.convert('L') # перевод в градации серого | ||||
| test_img_2_90 = np.array(file_data_2_90) | ||||
| test_img_7_90= np.array(file_data_7_90) | ||||
| 
 | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 2) | ||||
| plt.imshow(test_img_2_90, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_2_90 = test_img_2_90 / 255 | ||||
| test_img_2_90 = test_img_2_90.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_2_90) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 91ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| ```python | ||||
| # вывод собственного изображения (цифра 7) | ||||
| plt.imshow(test_img_7_90, cmap=plt.get_cmap('gray')) | ||||
| plt.show() | ||||
| # предобработка | ||||
| test_img_7_90 = test_img_7_90 / 255 | ||||
| test_img_7_90 = test_img_7_90.reshape(1, num_pixels) | ||||
| # распознавание | ||||
| result = best_model.predict(test_img_7_90) | ||||
| print('I think it\'s ', np.argmax(result)) | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
|  | ||||
| 
 | ||||
| ``` | ||||
| 1/1 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 0s 48ms/step | ||||
| I think it's  7 | ||||
| ``` | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| **При повороте рисунков цифр НС не смогла распознать одну из цифр. Так получилось, во-первых, по той же причине, почему НС не распознала одну из цифр в пункте 13, во-вторых - наша НС не обучалась на перевернутых цифрах** | ||||
| 
 | ||||
| --- | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
| 
 | ||||
|          | ||||
| После Ширина: | Высота: | Размер: 42 KiB | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 80 KiB | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 85 KiB | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 8.2 KiB | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 38 KiB | 
| После Ширина: | Высота: | Размер: 58 KiB | 
| @ -0,0 +1 @@ | ||||
| Subproject commit 3f51d49924a6a14ad44f2a5e70c707fb576ac786 | ||||
| @ -0,0 +1 @@ | ||||
| Subproject commit 3f51d49924a6a14ad44f2a5e70c707fb576ac786 | ||||