import tensorflow as tf
import numpy as np
import os
os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2'
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
mnist = input_data.read_data_sets("MNIST_data/", one_hot=True)
trX, trY, teX, teY = mnist.train.images, mnist.train.labels, mnist.test.images, mnist.test.labels
#把上述trX和teX的形状变为[-1,28,28,1]，-1表示不考虑输入图片的数量，28×28是图片的长和宽的像素数，
# 1是通道（channel）数量，因为MNIST的图片是黑白的，所以通道是1，如果是RGB彩色图像，通道是3。
trX = trX.reshape(-1, 28, 28, 1) # 28x28x1 input img
teX = teX.reshape(-1, 28, 28, 1) # 28x28x1 input img
 
X = tf.placeholder("float", [None, 28, 28, 1])
Y = tf.placeholder("float", [None, 10])
#初始化权重与定义网络结构。
# 这里，我们将要构建一个拥有3个卷积层和3个池化层，随后接1个全连接层和1个输出层的卷积神经网络
def init_weights(shape):
 return tf.Variable(tf.random_normal(shape, stddev=0.01))
 
w = init_weights([3, 3, 1, 32])   # patch大小为3×3，输入维度为1，输出维度为32
w2 = init_weights([3, 3, 32, 64])   # patch大小为3×3，输入维度为32，输出维度为64
w3 = init_weights([3, 3, 64, 128])   # patch大小为3×3，输入维度为64，输出维度为128
w4 = init_weights([128 * 4 * 4, 625])  # 全连接层，输入维度为 128 × 4 × 4,是上一层的输出数据又三维的转变成一维， 输出维度为625
w_o = init_weights([625, 10]) # 输出层，输入维度为 625, 输出维度为10，代表10类(labels)
# 神经网络模型的构建函数，传入以下参数
# X：输入数据
# w：每一层的权重
# p_keep_conv，p_keep_hidden：dropout要保留的神经元比例
 
def model(X, w, w2, w3, w4, w_o, p_keep_conv, p_keep_hidden):
 # 第一组卷积层及池化层，最后dropout一些神经元
 l1a = tf.nn.relu(tf.nn.conv2d(X, w, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'))
 # l1a shape=("float")
p_keep_hidden = tf.placeholder("float")
py_x = model(X, w, w2, w3, w4, w_o, p_keep_conv, p_keep_hidden) #得到预测值
#定义损失函数，这里我们仍然采用tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits来比较预测值和真实值的差异，并做均值处理；
# 定义训练的操作（train_op），采用实现RMSProp算法的优化器tf.train.RMSPropOptimizer，学习率为0.001，衰减值为0.9，使损失最小；
# 定义预测的操作（predict_op）
cost = tf.reduce_mean(tf.nn. softmax_cross_entropy_with_logits(logits=py_x, labels=Y))
train_op = tf.train.RMSPropOptimizer(0.001, 0.9).minimize(cost)
predict_op = tf.argmax(py_x, 1)
#定义训练时的批次大小和评估时的批次大小
batch_size = 128
test_size = 256
#在一个会话中启动图，开始训练和评估
# Launch the graph in a session
with tf.Session() as sess:
 # you need to initialize all variables
 tf. global_variables_initializer().run()
 for i in range(100):
  training_batch = zip(range(0, len(trX), batch_size),
        range(batch_size, len(trX)+1, batch_size))
  for start, end in training_batch:
   sess.run(train_op, feed_dict={X: trX[start:end], Y: trY[start:end],
           p_keep_conv: 0.8, p_keep_hidden: 0.5})
 
  test_indices = np.arange(len(teX)) # Get A Test Batch
  np.random.shuffle(test_indices)
  test_indices = test_indices[0:test_size]
 
  print(i, np.mean(np.argmax(teY[test_indices], axis=1) ==
       sess.run(predict_op, feed_dict={X: teX[test_indices],
               p_keep_conv: 1.0,
               p_keep_hidden: 1.0})))