import os, time, random import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import tensorflow as tf from tensorflow import keras ############################################################################### # 02-digit_simple.py # @title: Vision par ordinateur - Reconnaissance de digit - Réseaux de neurones simples # @project: Mes scripts de ML # @lang: fr # @authors: Philippe Roy # @copyright: Copyright (C) 2023 Philippe Roy # @license: GNU GPL ############################################################################### ### # Installation : # - pip3 install tensorflow # - pip3 install keras # - pip3 install pydot # - pip3 install graphviz ### ### # Commandes NumPy : # - np.array : créer un tableau à partir d'une liste de listes # - np.c_ : concatène les colonnes des tableaux # - np.linspace : créer un tableau 1D de la valeur de début à la valeur de fin avec n valeurs # - np.meshgrid : créer un tableau 2D avec l'ensemble des combinaisons allant des deux valeurs de début aux deux valeurs de fin # - .reshape : reformater la tableau avec le nombre de lignes et le nombre de colonnes ### ### # Commandes Keras : # - keras.models.Sequential() : créer un modèle où les couches de neurones sont reliées séquentiellement (modèle simple) # - model.add : ajout d'une couche # - keras.layers.Flatten : couche de formatage de mise à plat # - keras.layers.Dense : couche de neurones # - keras.backend.clear_session() : reset de la session # - model.compile : compilation du modèle # - model.fit : entrainement du modèle # - model.predict : prédiction du modèle # - keras.utils.plot_model : créer le diagramme d'un modèle ### ############################################################################### # Initialisation ############################################################################### # Init du temps t_debut = time.time() # Init des plots fig = plt.figure(layout="constrained", figsize=(15, 5)) fig.suptitle("Vision par ordinateur - Reconnaissance de digit par réseaux de neurones simples") subfigs = fig.subfigures(1, 3) model_ax = subfigs[0].subplots(1, 1) apts_ax = subfigs[1].subplots(1, 1) img_ax = subfigs[2].subplots(10, 15) ############################################################################### # Observations ############################################################################### # Observations d'apprentissage, de validation et de test mnist = keras.datasets.mnist # Jeu de données MNIST (digit) (X, y), (X_test, y_test) = mnist.load_data() X_train, y_train = X[5000:]/255.0 , y[5000:] X_valid, y_valid = X[:5000]/255.0 , y[:5000] ############################################################################### # Phase d'apprentissage ############################################################################### n = 50 # Nombre d'itérations (valeur par défaut : 50 , hyperparamètre) eta = 0.01 # Taux d'appentissage (valeur par défaut dans Keras : 0.01, hyperparamètre) lot=32 # Taille de lot (valeur par défaut dans Keras: 32 , hyperparamètre) perte="sparse_categorical_crossentropy" # Type de perte (hyperparamètre) #perte="mse" # Type de perte (hyperparamètre) keras.backend.clear_session() model = keras.models.Sequential() # Modèle de reseau de neurones model.add(keras.layers.Flatten(input_shape=[28, 28])) # Couche d'entrée : mise à plat des données d'entrée -> 1 node / pixel soit 784 (28x28) model.add(keras.layers.Dense(300, activation="relu")) # Couche 1 : 300 nodes model.add(keras.layers.Dense(100, activation="relu")) # Couche 2 : 100 nodes -> ajout model.add(keras.layers.Dense(10, activation="softmax")) # Couche de sortie : 1 node par classe soit 10 optimiseur=keras.optimizers.SGD(learning_rate= eta) model.compile(loss=perte, optimizer=optimiseur, metrics=["accuracy"]) # Compilation du modèle apts = model.fit(X_train, y_train, epochs=n, batch_size=lot, validation_data=(X_valid, y_valid)) # Entrainement ############################################################################### # Phase d'inférence ############################################################################### # Inférence sur la totalité du jeu de test print ("\n") print ("Test sur le jeu de test (10 000 images).") X_new = X_test y_new = np.argmax(model.predict(X_new), axis=-1) # Prédictions y_new_target= y_test # Cibles eval=model.evaluate(X_new, y_new_target) # print ("Il y a "+str(int(np.round((1-eval[1])*X_new.shape[0]))) + " images non reconnues.\n") # Division du jeu de test par classes print ("\n") print ("Test sur les jeux divisés par classe.") _X_new_classes_lst=[] _y_new_target_classes_lst=[] for i in range (10): # Classe _X_new_classe=[] _y_new_target_classe=[] for j in range (X_new.shape[0]): # Lecture de toutes les images if y_new_target[j] == i: _X_new_classe.append(X_new[j]) _y_new_target_classe.append(y_new[j]) _X_new_classes_lst.append(_X_new_classe) _y_new_target_classes_lst.append(_y_new_target_classe) # Remplissage du tableau à partir de la liste X_new_classes=[] y_new_target_classes=[] for i in range (10): X_new_classes.append(np.empty(shape=(len(_X_new_classes_lst[i]),28,28))) y_new_target_classes.append(np.empty(shape=(len(_y_new_target_classes_lst[i]),))) for j in range (len(_X_new_classes_lst[i])): X_new_classes[i][[j]]=_X_new_classes_lst[i][j] y_new_target_classes[i][[j]]=_y_new_target_classes_lst[i][j] # Inférence sur les jeux par classe y_new_classes=[] for i in range (10): y_new_classes.append(np.argmax(model.predict(X_new_classes[i]), axis=-1)) # Prédictions somme=0 print ("\n") for i in range (10): k=0 for j in range (X_new_classes[i].shape[0]): if y_new_classes[i][j] != i: k +=1 somme +=1 print ("Dans la classe "+str(i)+", il y a "+str(k) + " images non reconnues sur "+ str(X_new_classes[i].shape[0])+".") print ("\n") print ("Au total, il y a "+str(somme) + " images non reconnues sur 10 000.") print ("Soit une précision de "+str(1-(somme/10000))+".") # ############################################################################### # # Résultats # ############################################################################### # Modèle model_ax.set_title("Modèle") keras.utils.plot_model(model, "model.png", show_shapes=True) model_img=plt.imread("model.png") model_ax.imshow(model_img) model_ax.set_axis_off() os.remove("model.png") # Supression du fichier temporaire # Courbes d'apprentissage apts_ax.set_title("Courbes d'apprentissage") apts_ax.plot(apts.epoch, apts.history['loss'], 'b-', label="Perte - entrainement") apts_ax.plot(apts.epoch, apts.history['val_loss'], 'r-', label="Perte - validation") apts_ax.plot(apts.epoch, apts.history['accuracy'], 'b:', label="Précision - entrainement") apts_ax.plot(apts.epoch, apts.history['val_accuracy'], 'r:', label="Précision - validation") apts_ax.set(ylim=(0, 1)) apts_ax.set_xlabel("Époque") apts_ax.legend() # Prédictions for ligne in range (10): # Ligne i_first=-1 for colonne in range (15): # Colonne for i in range (i_first+1, X_new.shape[0]): img_ax[ligne][colonne].set_axis_off() if y_new_target[i] == ligne and y_new[i]!=y_new_target[i]: # if y_test[i] == 2: img_ax[ligne][colonne].imshow(X_new[i], cmap="binary", interpolation="nearest") img_ax[ligne][colonne].set_title(str(y_new[i]), fontsize=10, color="red") i_first=i break plt.show() # Performances print ("\n") print ("Temps total : "+str(time.time()-t_debut))