CNN on Fashion MNIST using TF 2.0

In [0]:

    

# Standard Python libraries
from __future__ import absolute_import, division, print_function, unicode_literals

import os
import time
import numpy as np
import glob
import matplotlib.pyplot as plt
import PIL
import imageio
from IPython import display
import sklearn
from time import time


    

In [2]:

    

# Tensorflow
try:
  # %tensorflow_version only exists in Colab.
  %tensorflow_version 2.x
except Exception:
  pass
import tensorflow as tf

from tensorflow import keras

print("tf version {}".format(tf.__version__))
if tf.test.is_gpu_available():
    print(tf.test.gpu_device_name())
else:
    print("TF cannot find GPU")


    

    




TensorFlow 2.x selected.
tf version 2.0.0-rc1
/device:GPU:0

In [3]:

    

np.random.seed(0)

fashion_mnist = keras.datasets.fashion_mnist

(train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = fashion_mnist.load_data()
train_images = train_images / 255.0
test_images = test_images / 255.0

print(np.shape(train_images))
print(np.shape(test_images))
#(60000, 28, 28)
#(10000, 28, 28)

class_names = ['T-shirt/top', 'Trouser', 'Pullover', 'Dress', 'Coat', 
               'Sandal', 'Shirt', 'Sneaker', 'Bag', 'Ankle boot']

plt.figure(figsize=(10,10))
for i in range(25):
    plt.subplot(5,5,i+1)
    plt.xticks([])
    plt.yticks([])
    plt.grid(False)
    plt.imshow(train_images[i], cmap=plt.cm.binary)
    plt.xlabel(class_names[train_labels[i]])
#save_fig("fashion-mnist-data.pdf")
plt.show()


    

    




Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-labels-idx1-ubyte.gz
32768/29515 [=================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-images-idx3-ubyte.gz
26427392/26421880 [==============================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
8192/5148 [===============================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-images-idx3-ubyte.gz
4423680/4422102 [==============================] - 0s 0us/step
(60000, 28, 28)
(10000, 28, 28)






    

In [4]:

    

from tensorflow.keras import datasets, layers, models

model = models.Sequential()
model.add(layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)))
model.add(layers.MaxPooling2D((2, 2)))
model.add(layers.Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'))
model.add(layers.MaxPooling2D((2, 2)))
model.add(layers.Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'))
model.add(layers.Flatten())
model.add(layers.Dense(64, activation='relu'))
model.add(layers.Dense(10, activation='softmax'))

model.summary()


    

    




Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
conv2d (Conv2D)              (None, 26, 26, 32)        320       
_________________________________________________________________
max_pooling2d (MaxPooling2D) (None, 13, 13, 32)        0         
_________________________________________________________________
conv2d_1 (Conv2D)            (None, 11, 11, 64)        18496     
_________________________________________________________________
max_pooling2d_1 (MaxPooling2 (None, 5, 5, 64)          0         
_________________________________________________________________
conv2d_2 (Conv2D)            (None, 3, 3, 64)          36928     
_________________________________________________________________
flatten (Flatten)            (None, 576)               0         
_________________________________________________________________
dense (Dense)                (None, 64)                36928     
_________________________________________________________________
dense_1 (Dense)              (None, 10)                650       
=================================================================
Total params: 93,322
Trainable params: 93,322
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________

In [0]:

    

train_images = train_images.reshape((60000, 28, 28, 1))
test_images = test_images.reshape((10000, 28, 28, 1))


    

In [6]:

    

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

# We just train for 2 epochs so we can compare to
# fashion_mlp_tf
time_start = time()
model.fit(train_images, train_labels, epochs=2)
print('time spent training {:0.3f}'.format(time() - time_start))

# Overall accuracy
train_loss, train_acc = model.evaluate(train_images, train_labels)
print('Train accuracy:', train_acc)
test_loss, test_acc = model.evaluate(test_images, test_labels)
print('Test accuracy:', test_acc)

predictions = model.predict(test_images)
print(np.shape(predictions))


    

    




Train on 60000 samples
Epoch 1/2
WARNING:tensorflow:Entity <function Function._initialize_uninitialized_variables.<locals>.initialize_variables at 0x7f0eb01968c8> could not be transformed and will be executed as-is. Please report this to the AutoGraph team. When filing the bug, set the verbosity to 10 (on Linux, `export AUTOGRAPH_VERBOSITY=10`) and attach the full output. Cause: module 'gast' has no attribute 'Num'
WARNING: Entity <function Function._initialize_uninitialized_variables.<locals>.initialize_variables at 0x7f0eb01968c8> could not be transformed and will be executed as-is. Please report this to the AutoGraph team. When filing the bug, set the verbosity to 10 (on Linux, `export AUTOGRAPH_VERBOSITY=10`) and attach the full output. Cause: module 'gast' has no attribute 'Num'
60000/60000 [==============================] - 17s 277us/sample - loss: 0.5240 - accuracy: 0.8055
Epoch 2/2
60000/60000 [==============================] - 12s 207us/sample - loss: 0.3367 - accuracy: 0.8788
time spent training 29.146
60000/1 [=======================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================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================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================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========================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================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=] - 1s 127us/sample - loss: 0.2423 - accuracy: 0.8828
Test accuracy: 0.8828
(10000, 10)

In [0]:

    

def plot_image_and_label(predictions_array, true_label, img):
  plt.grid(False)
  plt.xticks([])
  plt.yticks([])
  img = np.reshape(img, (28, 28)) # drop any trailing dimension of size 1
  plt.imshow(img, cmap=plt.cm.binary)
  predicted_label = np.argmax(predictions_array)
  if predicted_label == true_label:
    color = 'blue'
    plt.xlabel("{} {:2.0f}%".format(class_names[predicted_label],
                                100*np.max(predictions_array)),
                                color=color)
  else:
    color = 'red'
    plt.xlabel("{} {:2.0f}% ({})".format(class_names[predicted_label],
                                100*np.max(predictions_array),
                                class_names[true_label]),
                                color=color)

def plot_label_dist(predictions_array, true_label):
  plt.grid(False)
  plt.xticks([])
  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')


    

In [8]:

    

# Plot the first 15 test images, their predicted label, and the true label
# Color correct predictions in blue, incorrect predictions in red
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_and_label(predictions[i], test_labels[i], test_images[i])
  plt.subplot(num_rows, 2*num_cols, 2*i+2)
  plot_label_dist(predictions[i], test_labels[i])
#save_fig("fashion-mlp-predictions-2epochs.pdf")
plt.show()


    

In [9]:

    

# Plot test images where some errors are made
# to make the histograms of predictions look more itneresting
ndx = [11, 12, 13, 14]
num_rows = 2
num_cols = 2
num_images = num_rows*num_cols
plt.figure(figsize=(2*2*num_cols, 2*num_rows))
for i in range(num_images):
  j = ndx[i]
  plt.subplot(num_rows, 2*num_cols, 2*i+1)
  plot_image_and_label(predictions[j], test_labels[j], test_images[j])
  plt.subplot(num_rows, 2*num_cols, 2*i+2)
  plot_label_dist(predictions[j], test_labels[j])
#save_fig("fashion-cnn-predictions-2epochs-errors.pdf")
plt.show()


    

In [0]: