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  ，期待与大家一同进步成长！！❤️

目录

数据集的基本介绍

tensorflow中的数据集

什么是TFDS

安装TFDS

用TFDS加载数据集

实例：将模拟数据制作成内存对象数据集

①生成模拟数据

②定义占位符

③建立session会话 
  
  
  
  
  
  
 ，获取并显示模拟数据              。

④模拟数据可视化

运行结果

改进：创建带有迭代值并支持乱序功能的模拟数据集 

数据集的基本介绍

        数据集是样本的集合 


 


 


 


 


 


 


，在深度学习中
 
 
 
 
 
 
 ，数据集用于模型训练  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
。再用tensorflow框架开发深度学习模型之前  
   
   
   
   
   
   
 ，需要为模型准备好数据集













。在训练模型环节 

 

 

 

 

 

 

，程序需要从数据集中不断地将数据输入模型

 

 

 

 

 

 

 ，模型通过对注入数据的计算来学习特征
  
  
  
  
  
  
  。

tensorflow中的数据集

tensorflow中有4种数据集格式

        内存对象数据集：直接用字典变量feed_dict              ，通过注入模式向模型中输入数据  
  
  
  
  
  
  
。该数据集适用于少量的数据集输入
 


 


 


 


 


 


 

。

        TFRecord数据集：用队列式管道（tfrecord）向模型输入数据
 
 
 
 
 
 
 。该数据集适用大量的数据集输入   
   
   
   
   
   
   
。

        Dataset数据集：通过性能更高的输入管道（tf.data）向模型输入数据
 

 

 

 

 

 

 
。该数据集适用于tensorflow1.4之后的版本

 

 

 

 

 

 

 。

        tf.keras接口数据集：支持tf.keras语法的数据集接口              。该数据集适用于tensorflow1.4之后的版本
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
。

什么是TFDS

        TFDS是tensorflow中的数据集集合模块 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

，该模块将常用的数据及封装起来













，实现自动下载与统一的调用接口                     ，为开发模型提供了便利













。

安装TFDS

要求：tensorflow版本在1.12及以上                     。安装命令如下：

pip install tensorflow-datasets

用TFDS加载数据集

这里以minst数据集为例

import tensorflow_datasets as tfds print(tfds.list_builders()) ds_train, ds_test = tfds.load(name=mnist, split=["train", "test"]) ds_train = ds_train.shuffle(1000).batch(128).prefetch(10) for features in ds_train.take(1): image, label = features["image"], ["label"]

重要结果如下：

Downloading and preparing dataset Unknown size (download: Unknown size, generated: Unknown size, total: Unknown size) to ~\tensorflow_datasets\mnist\3.0.1... Dataset mnist downloaded and prepared to ~\tensorflow_datasets\mnist\3.0.1. Subsequent calls will reuse this data.

实例：将模拟数据制作成内存对象数据集

        本实例将用内存中的模拟数据来制作成数据集 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
，生成的数据集被直接存放在python内存对象中




















，这样做的好处--数据集的制作可以独立于任何框架 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。

        本实例将生成一个模拟y≈2x的数据集              ，并通过静态图的方式显示出来




















。

步骤如下：

①生成模拟数据

②定义占位符

③建立session会话 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
 ，获取并显示模拟数据              。

④模拟数据可视化

①生成模拟数据

        在样本制作过程中













，最忌讳的是一次性将数据都放入内存中
  
  
  
  
  
  
  ，如果数据量很大 
  
  
  
  
  
  
 ，这样容易造成内存用尽 


 


 


 


 


 


 


，即使是模拟数据
 
 
 
 
 
 
 ，也不建议将数据全部生成以后一次性放入内存中  
   
   
   
   
   
   
 ，一般做法是：

Ⅰ创建一个模拟数据生成器 

 

 

 

 

 

 

，

Ⅱ每次只生成指定批次的样本

这样就在迭代过程中

 

 

 

 

 

 

 ，就可以用“随用随制作
  
  
  
  
  
  
  ”的方法来获取样本数据  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
。

        下面定义GenerateData函数来生成模拟数据              ，并将GenerateData函数的返回值设为以生成器方式返回













。这种做法使内存被占用的最少
  
  
  
  
  
  
  。

import tensorflow as tf import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt tf.compat.v1.disable_v2_behavior() #在内存中生成模拟数据 def GenerateData(batchsize = 100): train_X = np.linspace(-1, 1, batchsize) #train_X为-1到1之间连续的100个浮点数 train_Y = 2 * train_X + np.random.randn(*train_X.shape) * 0.3 # y=2x 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

，但是加入了噪声 yield train_X, train_Y #以生成器的方式返回

        函数使用yield













，使得函数以生成器的方式返回数据  
  
  
  
  
  
  
。生成器对象只生成一次                     ，过后便会自动销毁 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
，可以省略大量的内存
 


 


 


 


 


 


 

。

②定义占位符

#定义网络模型结构部分




















，这里只有占位符张量 Xinput = tf.compat.v1.placeholder("float", (None)) Yinput = tf.compat.v1.placeholder("float", (None))

注意：在正常的模型开发中              ，这个环节应该是定义占位符和网络结构 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
 ，在训练模型时













，系统会将数据集的输入数据用占位符来代替
  
  
  
  
  
  
  ，并使用静态图的注入机制 
  
  
  
  
  
  
 ，将输入数据传入模型进行迭代训练
 
 
 
 
 
 
 。因为本实例只需要从数据集中获取数据 


 


 


 


 


 


 


，所以只定义占位符
 
 
 
 
 
 
 ，不需要定义其他网络节点   
   
   
   
   
   
   
。

③建立session会话  
   
   
   
   
   
   
 ，获取并显示模拟数据
 

 

 

 

 

 

 
。

        首先定义数据集的迭代次数 

 

 

 

 

 

 

，接着建立会话

 

 

 

 

 

 

 ，在会话中使用两层for循环；第一层是按照迭代次数来循环              ，第二层是对GenerateData函数返回的生成器对象进行循环 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

，并将数据打印出来

 

 

 

 

 

 

 。

        因为GenerateData函数返回的生成器对象只有一个元素













，所以第二层循环也只运行一次              。

#建立会话                     ，获取并输出数据 training_epochs = 20 # 定义需要迭代的次数 with tf.compat.v1.Session() as sess: # 建立会话（session） for epoch in range(training_epochs): #迭代数据集20遍 for x, y in GenerateData(): #通过for循环打印所有的点 xv,yv = sess.run([Xinput,Yinput],feed_dict={Xinput: x, Yinput: y}) #通过静态图注入的方式 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
，传入数据 print(epoch,"| x.shape:",np.shape(xv),"| x[:3]:",xv[:3]) print(epoch,"| y.shape:",np.shape(yv),"| y[:3]:",yv[:3])

代码开始定义了数据集的迭代次数




















，这个参数在训练模型中才会用到
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
。

④模拟数据可视化

#显示模拟数据点 train_data = list(GenerateData())[0] plt.plot(train_data[0], train_data[1], ro, label=Original data) plt.legend() plt.show()

运行结果

... 17 |x.shape: (100,) |x[:3]: [-1. -0.97979796 -0.959596 ] 17 |y.shape: (100,) |y[:3]: [-2.0945473 -2.1236315 -1.6280223] 18 |x.shape: (100,) |x[:3]: [-1. -0.97979796 -0.959596 ] 18 |y.shape: (100,) |y[:3]: [-2.022675 -2.118289 -1.8735064] 19 |x.shape: (100,) |x[:3]: [-1. -0.97979796 -0.959596 ] 19 |y.shape: (100,) |y[:3]: [-2.0080116 -2.5169287 -1.6713679]

每行数据被|符号划分为3块区域              ，分别为：迭代次数              、数据的形状  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
、前三个元素的值













。

可视化结果如下

改进：创建带有迭代值并支持乱序功能的模拟数据集 

优化如下：

①将数据集与 迭代功能绑定在一起 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
 ，让代码变得更简洁                     。

②对数据集进行乱序排序













，让生成的x数据无规则  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。

通过对数据集的乱序
  
  
  
  
  
  
  ，可以消除样本中无用的特征 
  
  
  
  
  
  
 ，从而大大提升模型的泛化能力




















。

注意：

在乱序操作部分使用的是sklearn.utils库中的shuffle()方法              。要使用 


 


 


 


 


 


 


，首先需要安装
 
 
 
 
 
 
 ，命令如下：

pip install sklearn

改进后全部代码如下： 

import tensorflow as tf import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.utils import shuffle tf.compat.v1.disable_v2_behavior() def GenerateData(training_epochs,batchsize=100): for i in range(training_epochs): train_X=np.linspace(-1,1,batchsize) train_Y=2*train_X+np.random.randn(*train_X.shape)*0.3 yield shuffle(train_X,train_Y),i Xinput=tf.compat.v1.placeholder("float",(None)) Yinput=tf.compat.v1.placeholder("float",(None)) training_epochs=20 with tf.compat.v1.Session() as sess: for (x,y),ii in GenerateData(training_epochs): xv,yv=sess.run([Xinput,Yinput],feed_dict={Xinput:x,Yinput:y}) print(ii,"|x.shape:",np.shape(xv),"|x[:3]:",xv[:3]) print(ii,"|y.shape:",np.shape(yv),"|y[:3]:",yv[:3]) train_data=list(GenerateData(1))[0] plt.plot(train_data[0][0],train_data[0][1],ro,label=Original data) plt.legend() plt.show()

可视化结果图片如下：