用python实现的的手写数字识别器

2018/08/10 09:11
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概述

带GUI界面的,基于python sklearn knn算法的手写数字识别器,可用于识别手写数字,训练数据集为mnist。

详细

前言

 

k-近邻(kNN, k-NearestNeighbor)算法是一种基本分类与回归方法,
通俗点来说,就是给定一个训练数据集,对新的输入实例,在训练数据集中找到与该实例最邻近的 k 个实例,这 k 个实例的多数属于某个类,就把该输入实例分为这个类。

python 第三方库scikit-learn(sklearn)提供了knn的分类器。

MNIST手写数字数据库(Mixed National Institute of Standards and Technology database)包含
70000张手写数字图片。这些数字是通过美国国家统计局的员工和美国高校的学生收集的。每张图片
都是28x28的灰度图。

 

用mnist数据集训练出一个knn分类器,对新输入的手写数字进行识别。

准备工作

1.安装必要的第三方库:

pip install scikit-learn 
pip install numpy
pip install wxPython 

 

安装PIL,在以下地址下载PIL库进行安装:
http://effbot.org/media/downloads/PIL-1.1.7.win32-py2.7.exe
(或在http://effbot.org/downloads/ 中找到与你操作系统及python版本相对应
版本的PIL)

2.下载mnist数据集:
可以从以下地址下载mnist数据集。
http://yann.lecun.com/exdb/mnist/
如下:

数据集.jpg

项目结构图

 

整体的项目结构十分简单,一共两个脚本文件,一个是GUI界面脚本(digit_gui.py),
一个是分类器脚本(model.py)。
如下:

文件结构.jpg

 

实现过程的部分代码展示

 

1. 在model.py中导入相关的库:

import numpy as np
import os
from PIL import Image
import random
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier as knn
from sklearn.externals import joblib

 

2. 编写model.py中的相关函数,

将图片转为向量:

def img2vec(fname):
    '''将jpg等格式的图片转为向量'''
    im = Image.open(fname).convert('L')
    im = im.resize((28,28))
    tmp = np.array(im)
    vec = tmp.ravel()
    return vec

 

随机抽取1000张图片作为训练集:

def split_data(paths):
    '''随机抽取1000张图片作为训练集'''
    fn_list = os.llistdir(paths)
    X = []
    y = []
    d0 = random.sample(fn_list,1000)
    for i,name in enumerate(d0):
        y.append(name[0])
        X.append(img2vec(name))
        dataset = np.array([X,y])
    return X,y

 

构建分类器:

def knn_clf(X_train,label):
    '''构建分类器'''
    clf = knn()
    clf.fit(X_train,label)
    return clf

 

保存模型:

def save_model(model,output_name):
    '''保存模型'''
    joblib.dump(model,ouotput_name)

 

3. 训练模型:

X_train,y_label = split_data(file_path)
clf = knn_clf(X_train,y_label)
save_model(clf,'mnist_knn1000.m')

 

4. 在digit_gui.py中编写用户界面:
导入相关的库:

import wx
from collections import namedtuple
from PIL import Image
import os
import model

 

编写界面:

class MainWindow(wx.Frame):
    def __init__(self,parent,title):
        wx.Frame.__init__(self,parent,title=title,size=(600,-1))
        static_font = wx.Font(12, wx.SWISS, wx.NORMAL, wx.NORMAL)
        
        Size = namedtuple("Size",['x','y'])
        s = Size(100,50)
        sm = Size(100,25)

        self.fileName = None
        self.model = model
        
        b_labels = [u'open',u'run']

        TipString = [u'选择图片', u'识别数字']
        
        funcs = [self.choose_file,self.run]
        
        '''create input area'''
        self.in1 = wx.TextCtrl(self,-1,size = (2*s.x,3*s.y))
        self.out1 = wx.TextCtrl(self,-1,size = (s.x,3*s.y))

        '''create button'''
        self.sizer0 = wx.FlexGridSizer(rows=1, hgap=4, vgap=2)
        self.sizer0.Add(self.in1)
        
        buttons = []
        for i,label in enumerate(b_labels):
            b = wx.Button(self, id = i,label = label,size = (1.5*s.x,s.y))
            buttons.append(b)
            self.sizer0.Add(b)      

        self.sizer0.Add(self.out1)

        '''set the color and size of labels and buttons'''  
        for i,button in enumerate(buttons):
            button.SetForegroundColour('red')
            button.SetFont(static_font)
            button.SetToolTipString(TipString[i])
            button.Bind(wx.EVT_BUTTON,funcs[i])

        '''layout'''
        self.SetSizer(self.sizer0)
        self.SetAutoLayout(1)
        self.sizer0.Fit(self)
        
        self.CreateStatusBar()
        self.Show(True)

 

界面如下:

界面.jpg

 

编写控件的回调函数:

def run(self,evt):
        if self.fileName is None:
            self.raise_msg(u'请选择一幅图片')
            return None
        else:
            model_path = os.path.join(origin_path,'mnist_knn1000.m')
            clf = model.load_model(model_path)
            ans = model.tester(self.fileName,clf)
            self.out1.Clear()
            self.out1.write(str(ans))
        
    def choose_file(self,evt):
        '''choose img'''
        dlg = wx.FileDialog(
            self, message="Choose a file",
            defaultDir=os.getcwd(), 
            defaultFile="",
            wildcard=wildcard,
            style=wx.OPEN | wx.MULTIPLE | wx.CHANGE_DIR
            )
        if dlg.ShowModal() == wx.ID_OK:
            paths = dlg.GetPaths()
            dlg.Destroy()
            self.in1.Clear()
            self.in1.write(paths[0])
            self.fileName = paths[0]
            im = Image.open(self.fileName)
            im.show()
        else:
            return None

 

运行效果

运行效果.jpg

注:本文著作权归作者,由demo大师发表,拒绝转载,转载需要作者授权

 

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