手寫數(shù)字識別實(shí)踐指導(dǎo)手冊

1、.手寫數(shù)字系統(tǒng)實(shí)踐指導(dǎo)手冊1 問題描述設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的手寫數(shù)字識別系統(tǒng)，能夠識別手寫輸入的數(shù)字1-9并且能夠識別選中的文本文件中的數(shù)字，應(yīng)具有簡單方便的操作界面，輸入輸出等。 1.1功能需求分析通過分析，以及從用戶的角度考慮，系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能:（1） 數(shù)字的手寫輸入。作為一個(gè)手寫數(shù)字識別系統(tǒng)，首先應(yīng)該能夠讓用戶過繪制窗口進(jìn)行數(shù)字繪制，系統(tǒng)得到用戶的手寫輸入進(jìn)行處理。（2） 直接選擇文件。用戶還可以選擇系統(tǒng)中的文本文件進(jìn)行處理。（3） 數(shù)據(jù)預(yù)處理。包括計(jì)算數(shù)據(jù)大小、二值化、格式化處理等。（4） 數(shù)字提取。將經(jīng)過二值化后的圖像中的個(gè)數(shù)字區(qū)域進(jìn)行提取，只有能夠?qū)?shù)字進(jìn)行準(zhǔn)確的提取，才能將其一一識別

2、。（5） 基準(zhǔn)庫的選擇與建立。選擇一個(gè)可供系統(tǒng)訓(xùn)練和測試的樣本庫非常重要，本系統(tǒng)的訓(xùn)練集和測試集選擇的是機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)中所給的數(shù)據(jù)。（6） 識別數(shù)字。經(jīng)過訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練后，使用knn算法對需要識別的數(shù)字識別。2 數(shù)據(jù)集獲取l 任務(wù)要求： 從網(wǎng)上爬取或者下載適合進(jìn)行手寫數(shù)字識別系統(tǒng)的訓(xùn)練集和測試集l 實(shí)踐指導(dǎo)：方式一：自己從網(wǎng)上找適合的數(shù)據(jù)下載方式二：推薦數(shù)據(jù)集：“手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的光學(xué)識別”一文中的數(shù)據(jù)集合，該文登載與2010年10月3日的UCI機(jī)器學(xué)習(xí)資料庫中/ml3 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1手寫數(shù)字識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖： 圖一： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2識別用戶

3、選擇手選文件功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)l 任務(wù)要求： 用戶可以自己從電腦中選擇文本文件進(jìn)行識別。l 實(shí)踐指導(dǎo)： KNN分類器的構(gòu)造思路及原理如下：1） 選擇訓(xùn)練集和測試集。系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)集選用的是“手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的光學(xué)識別”一文中的數(shù)據(jù)集合。0-9每個(gè)數(shù)字大約有200個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)20個(gè)測試數(shù)據(jù)。數(shù)字的文本格式如圖所示。文本格式存儲的數(shù)字的文件命名也很有特點(diǎn)，格式為：數(shù)字的值_該數(shù)字的樣本序號，如圖所示。2） 格式化處理數(shù)據(jù)。將訓(xùn)練集中32*32的二進(jìn)制圖像矩陣轉(zhuǎn)換為1*1024的向量。用于knn距離的計(jì)算3） 將訓(xùn)練集中所有的文件內(nèi)容存在列表中，創(chuàng)建一個(gè)m*1024的訓(xùn)練矩陣，矩陣的每行存儲一個(gè)圖像。4）

4、 將需要進(jìn)行預(yù)測的測試集的圖像矩陣轉(zhuǎn)換為1*1024的向量。5） 編寫KNN算法對訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，然后對測試集進(jìn)行預(yù)測。如果使用python的話，可以調(diào)用sklearn.neighbors中的KNeighborsClassifier函數(shù)對測試集進(jìn)行預(yù)測。5）真實(shí)值與預(yù)測值進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)中的文件按照規(guī)則命名，我們可以從文件名中解析出分類數(shù)字，如文件9_1.txt分類時(shí)9，他是數(shù)字9的第一個(gè)實(shí)例。3.3識別用戶手寫輸入功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)l 任務(wù)要求： 用戶可以在手寫識別系統(tǒng)的界面上用鼠標(biāo)進(jìn)行手寫輸入，然后系統(tǒng)自動(dòng)識別出用戶的輸入。l 實(shí)踐指導(dǎo)： 識別用戶手寫輸入的思路和原理如下：（1） 簡單說就是把數(shù)

5、字劃分成很多很多的小塊，如圖二所示：每個(gè)數(shù)字被劃分成了4*5=20個(gè)小塊。分好了小塊以后，其實(shí)我們要知道每個(gè)小塊是由很多個(gè)像點(diǎn)素構(gòu)成的。比如數(shù)字8，是由5行4列共計(jì)：5*4=20個(gè)小塊構(gòu)成。（2）數(shù)一下每個(gè)小塊內(nèi)，有多少個(gè)黑色的點(diǎn)。比如第一行： 第2個(gè)小塊中，共有28個(gè)點(diǎn)，記為28.第3個(gè)小塊中，共有10個(gè)點(diǎn)，記為10.第4個(gè)小B中，共有0個(gè)點(diǎn)，記為0.以此類推，可以計(jì)算出每一行的每一個(gè)小塊數(shù)字是多少。(3) 為了方便，我們把得到的特征，排成一排（數(shù)組）就好了。(4)照著葫蘆畫瓢，每個(gè)數(shù)字的特征其實(shí)都是一堆數(shù)字構(gòu)成的。這個(gè)數(shù)字類似于我們的身份證號碼，一般來說，是獨(dú)一無二的。(5) 識別原理：就是比較要識別的數(shù)字特征和步驟4中的哪個(gè)數(shù)字的特征最接近。這里為了方便，假設(shè)要識別數(shù)字“8”，然后看看怎么從一堆數(shù)字里面選出來他到底應(yīng)該是幾。具體方法時(shí)計(jì)算其歐式距離，距離越小代表其相似性越大。4 系統(tǒng)評估（1） 比較測試集中各個(gè)樣本的分類結(jié)果和真實(shí)類別，統(tǒng)計(jì)下表中a,b,c,d取值。真實(shí)類別正例負(fù)例分類器判斷正例AB負(fù)例CD（2） 根據(jù)下列公式計(jì)算查準(zhǔn)率、查全率、F1值、正確率查準(zhǔn)率:查全率:F1值:正確率：如不能完