前言

本周的任务有3个，生成手写数字，动物识别，乳腺癌识别。因为任务不同，那么可能会使用到不同的预处理、网络等等。
本节主要学习乳腺癌识别。

一、拆解任务

首先需要了解这次需要处理的任务，这里贴一张老师的数据展示图。
在这里插入图片描述
数据分为图片及其对应的标签，这里需要将标签转为离散的数字。

二、学习内容

这次的任务其实跟之前做过的识别衣服、识别手写数字等等的类似，本章其实主要以复习以前学过的知识为主。

1. 数据处理

读数据（很常规的内容）
主要是从磁盘读数据，然后随机划分为训练集、验证集、测试集。完成一些必要的预处理，比如channel，resize，等等。

import pathlib

data_dir = "./32-data"
data_dir = pathlib.Path(data_dir)
image_count = len(list(data_dir.glob('*/*')))
print("图片总数为：",image_count)
batch_size = 16
img_height = 50
img_width  = 50
"""
关于image_dataset_from_directory()的详细介绍可以参考文章：https://mtyjkh.blog.csdn.net/article/details/117018789
"""
train_ds = tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory(
    data_dir,
    validation_split=0.2,
    subset="training",
    seed=12,
    image_size=(img_height, img_width),
    batch_size=batch_size)
"""
关于image_dataset_from_directory()的详细介绍可以参考文章：https://mtyjkh.blog.csdn.net/article/details/117018789
"""
val_ds = tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory(
    data_dir,
    validation_split=0.2,
    subset="validation",
    seed=12,
    image_size=(img_height, img_width),
    batch_size=batch_size)
class_names = train_ds.class_names
print(class_names)
AUTOTUNE = tf.data.AUTOTUNE

def train_preprocessing(image,label):
    return (image/255.0,label)

train_ds = (
    train_ds.cache()
    .shuffle(1000)
    .map(train_preprocessing)    # 这里可以设置预处理函数
#     .batch(batch_size)           # 在image_dataset_from_directory处已经设置了batch_size
    .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)
)

val_ds = (
    val_ds.cache()
    .shuffle(1000)
    .map(train_preprocessing)    # 这里可以设置预处理函数
#     .batch(batch_size)         # 在image_dataset_from_directory处已经设置了batch_size
    .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)
)

2. 建立神经网络

老师这里自己写了一个网络（当然网络比较简单），一般的网络包含卷积层，maxpooling，全链接层。同时训练之前需要配置优化器、loss等设置。然后就可以进行训练了。

import tensorflow as tf

model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Conv2D(filters=16,kernel_size=(3,3),padding="same",activation="relu",input_shape=[img_width, img_height, 3]),
    tf.keras.layers.Conv2D(filters=16,kernel_size=(3,3),padding="same",activation="relu"),

    tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)),
    tf.keras.layers.Dropout(0.5),
    tf.keras.layers.Conv2D(filters=16,kernel_size=(3,3),padding="same",activation="relu"),
    tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)),
    tf.keras.layers.Conv2D(filters=16,kernel_size=(3,3),padding="same",activation="relu"),
    tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)),
    tf.keras.layers.Flatten(),
    tf.keras.layers.Dense(2, activation="softmax")
])
model.summary()
model.compile(optimizer="adam",
                loss='sparse_categorical_crossentropy',
                metrics=['accuracy'])
from tensorflow.keras.callbacks import ModelCheckpoint, Callback, EarlyStopping, ReduceLROnPlateau, LearningRateScheduler

NO_EPOCHS = 100
PATIENCE  = 5
VERBOSE   = 1

# 设置动态学习率
annealer = LearningRateScheduler(lambda x: 1e-3 * 0.99 ** (x+NO_EPOCHS))

# 设置早停
earlystopper = EarlyStopping(monitor='loss', patience=PATIENCE, verbose=VERBOSE)

# 
checkpointer = ModelCheckpoint('best_model.h5',
                                monitor='val_accuracy',
                                verbose=VERBOSE,
                                save_best_only=True,
                                save_weights_only=True)
train_model  = model.fit(train_ds,
                  epochs=NO_EPOCHS,
                  verbose=1,
                  validation_data=val_ds,
                  callbacks=[earlystopper, checkpointer, annealer])

3.预测和模型评估

预测和评估也是和之前的练习相似。一般的模型评估都是准确率、召回率。

acc = train_model.history['accuracy']
val_acc = train_model.history['val_accuracy']

loss = train_model.history['loss']
val_loss = train_model.history['val_loss']

epochs_range = range(len(acc))

plt.figure(figsize=(12, 4))
plt.subplot(1, 2, 1)

plt.plot(epochs_range, acc, label='Training Accuracy')
plt.plot(epochs_range, val_acc, label='Validation Accuracy')
plt.legend(loc='lower right')
plt.title('Training and Validation Accuracy')

plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(epochs_range, loss, label='Training Loss')
plt.plot(epochs_range, val_loss, label='Validation Loss')
plt.legend(loc='upper right')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.show()