Python 自建AI模型應用實例

本文將介紹如何使用Python自建AI模型，以及如何應用到實際場景中。包括構建深度神經網路、訓練模型、預測數據、可視化結果等方面。

一、深度神經網路構建

深度神經網路是AI模型的核心，實際應用中使用最多的網路結構是卷積神經網路(CNN)，遞歸神經網路(RNN)和生成對抗網路(GAN)等。我們以構建CNN為例，代碼如下：

import tensorflow as tf

def create_cnn_model():
  model = tf.keras.models.Sequential([
      tf.keras.layers.Conv2D(32, (3,3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)),
      tf.keras.layers.MaxPooling2D ((2, 2)),
      tf.keras.layers.Flatten(),
      tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'),
      tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
  ])

  model.compile(optimizer='adam',
                loss='sparse_categorical_crossentropy',
                metrics=['accuracy'])
  return model

我們創建了一個簡單的包含兩個卷積層的CNN模型，其中第一層卷積層包含32個3×3的卷積核，第二層是最大池化層，接著是兩個全連接層，最後輸出10分類預測結果。

二、模型訓練和預測

構建好深度神經網路模型後，一般需要通過數據進行模型訓練，以提高模型準確率。訓練過程需要告訴模型輸入數據和期望輸出結果，讓模型逐漸學習對樣本數據的擬合。代碼如下：

def train_model(x_train, y_train):
  model = create_cnn_model()
  model.fit(x_train, y_train, epochs=10)
  return model

def predict(model, x_test):
  return model.predict(x_test)

首先，我們調用create_cnn_model()函數創建CNN模型。然後，調用fit()函數進行模型訓練，訓練過程中使用了10個epochs。最後，對測試數據進行預測，調用predict()函數即可。

三、可視化結果

模型訓練和預測完成後，我們可以通過可視化技術來直觀地展示結果。代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def visualize_prediction(x_test, y_test, model):
  predictions = model.predict(x_test)

  num_rows = 5
  num_cols = 3
  num_images = num_rows*num_cols
  plt.figure(figsize=(2*2*num_cols, 2*num_rows))
  for i in range(num_images):
      plt.subplot(num_rows, 2*num_cols, 2*i+1)
      plot_image(i, predictions[i], y_test, x_test)
      plt.subplot(num_rows, 2*num_cols, 2*i+2)
      plot_value_array(i, predictions[i], y_test)
  plt.tight_layout()
  plt.show()

def plot_image(i, predictions_array, true_label, img):
  predictions_array, true_label, img = predictions_array, true_label[i], img[i]
  plt.grid(False)
  plt.xticks([])
  plt.yticks([])

  plt.imshow(img[...,0], cmap=plt.cm.binary)

  predicted_label = np.argmax(predictions_array)
  if predicted_label == true_label:
    color = 'blue'
  else:
    color = 'red'

  plt.xlabel("{} {:2.0f}% ({})".format(predicted_label,
                                100*np.max(predictions_array),
                                true_label),
                                color=color)

def plot_value_array(i, predictions_array, true_label):
  predictions_array, true_label = predictions_array, true_label[i]
  plt.grid(False)
  plt.xticks(range(10))
  plt.yticks([])
  thisplot = plt.bar(range(10), predictions_array, color="#777777")
  plt.ylim([0, 1])
  predicted_label = np.argmax(predictions_array)

  thisplot[predicted_label].set_color('red')
  thisplot[true_label].set_color('blue')

我們定義了visualize_prediction()函數，用來顯示預測結果和真實結果的對比。接著，我們定義了plot_image()和plot_value_array()分別用於顯示圖片和各類別的概率。最後，將以上三個函數結合起來，就可以呈現出圖像和各類別的情況。

四、總結

本文介紹了Python自建AI模型的基本步驟，包括深度神經網路構建、模型訓練和預測以及結果可視化等方面。這些技能可以幫助開發者開發自己的AI應用，並在實際場景中進行有效地應用。