# 1. 生成模拟数据集
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
data = []
label = []
np.random.seed(0) #每次生成相同的随机数
# 以原点为圆心，半径为1的圆把散点划分成红蓝两部分，并加入随机噪音。
for i in range(150):
x1 = np.random.uniform(-1,1) #横轴区间，均匀分布
x2 = np.random.uniform(0,2) #纵轴区间
if x1**2 + x2**2 <= 1:
data.append([np.random.normal(x1, 0.1),np.random.normal(x2,0.1)])
label.append(0)
else:
data.append([np.random.normal(x1, 0.1), np.random.normal(x2, 0.1)])
label.append(1)
# -1就是让系统根据元素数和已知行或列推算出剩下的列或行，-1就是模糊控制，
# （-1,2）就是固定两列，行不知道
data = np.hstack(data).reshape(-1,2)
label = np.hstack(label).reshape(-1, 1)
plt.scatter(data[:,0], data[:,1], c=label,
cmap="RdBu", vmin=-.2, vmax=1.2, edgecolor="white")
plt.show()
# 2. 定义一个获取权重，并自动加入正则项到损失的函数
def get_weight(shape, lambda1):
#生成一个变量
var = tf.Variable(tf.random_normal(shape), dtype=tf.float32)
# tf.add_to_collection：把变量放入一个集合，把很多变量变成一个列表
# tf.get_collection：从一个结合中取出全部变量，是一个列表
# tf.add_n：把一个列表的东西都依次加起来
#add_to_collection函数将这个新生成变量的L2正则化损失项加入集合
#这个函数的第一个参数‘losses’是集合的名字，第二个参数是要加入这个集合的内容
tf.add_to_collection('losses', tf.contrib.layers.l2_regularizer(lambda1)(var))
#返回生成的变量
return var
# 3. 定义神经网络
x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2))
y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 1))
sample_size = len(data)
# 每层节点的个数
layer_dimension = [2,10,5,3,1]
#神经网路的层数
n_layers = len(layer_dimension)
#这个变量维护前向传播时最深层的节点，开始的时候就是输入层
cur_layer = x
#当前层节点个数
in_dimension = layer_dimension[0]
# 通过一个循环来生成5层全连接的神经网络结构
for i in range(1, n_layers):
#layer_dimension[i]为下一层的节点个数
out_dimension = layer_dimension[i]
#生成当前层中权重的变量，并将这个变量的L2正则化损失加入计算图上的集合
weight = get_weight([in_dimension, out_dimension], 0.003)
bias = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[out_dimension]))
#使用elu激活函数
cur_layer = tf.nn.elu(tf.matmul(cur_layer, weight) + bias)
#进入下一层之前将下一层的节点个数更新为当前层节点个数
in_dimension = layer_dimension[i]
y= cur_layer
# 损失函数的定义:
#在定义神经网络前向传播的同时已经将所有的L2正则化损失加入了图上的集合，
#这里只需要计算刻画模型在训练数据上表现的损失函数
mse_loss = tf.reduce_sum(tf.pow(y_ – y, 2)) / sample_size
#将均方差损失函数加入到损失集合
tf.add_to_collection('losses', mse_loss)
loss = tf.add_n(tf.get_collection('losses'))
# 4. 训练不带正则项的损失函数mse_loss
# 定义训练的目标函数mse_loss，训练次数及训练模型
train_op = tf.train.AdamOptimizer(0.001).minimize(mse_loss)
TRAINING_STEPS = 40000
with tf.Session() as sess:
tf.global_variables_initializer().run()
for i in range(TRAINING_STEPS):
sess.run(train_op, feed_dict={x: data, y_: label})
if i % 2000 == 0:
print("After %d steps, mse_loss: %f" % (i,sess.run(mse_loss, feed_dict={x: data, y_: label})))
# 画出训练后的分割曲线
# mgrid函数产生两个240×241的数组：-1.2到1.2每隔0.01取一个数共240个
xx, yy = np.mgrid[-1.2:1.2:.01, -0.2:2.2:.01]
#np.c_是按行连接两个矩阵，就是把两矩阵左右相加，要求行数相等，类似于pandas中的merge()
grid = np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]
probs = sess.run(y, feed_dict={x:grid})
probs = probs.reshape(xx.shape)
plt.scatter(data[:,0], data[:,1], c=label,
cmap="RdBu", vmin=-.2, vmax=1.2, edgecolor="white")
plt.contour(xx, yy, probs, levels=[.5], cmap="Greys", vmin=0, vmax=.1)
plt.show()
# 5. 训练带正则项的损失函数loss
# 定义训练的目标函数loss，训练次数及训练模型
train_op = tf.train.AdamOptimizer(0.001).minimize(loss)
TRAINING_STEPS = 40000
with tf.Session() as sess:
tf.global_variables_initializer().run()
for i in range(TRAINING_STEPS):
sess.run(train_op, feed_dict={x: data, y_: label})
if i % 2000 == 0:
print("After %d steps, loss: %f" % (i, sess.run(loss, feed_dict={x: data, y_: label})))
# 画出训练后的分割曲线
xx, yy = np.mgrid[-1:1:.01, 0:2:.01]
grid = np.c_[xx.ravel(), yy.ravel()]
probs = sess.run(y, feed_dict={x:grid})
probs = probs.reshape(xx.shape)
plt.scatter(data[:,0], data[:,1], c=label,
cmap="RdBu", vmin=-.2, vmax=1.2, edgecolor="white")
plt.contour(xx, yy, probs, levels=[.5], cmap="Greys", vmin=0, vmax=.1)
plt.show()
注：之前使用pycharm进行计算，这次使用conda内置的spyder编译器生成结果。在spyder开着的情况下，pycharm无法运行此程序，会提示各种错误，解决办法就是关闭pycharm。
