寫(xiě)在前面

這一段的內(nèi)容可以說(shuō)是最難的一部分之一了，因?yàn)槭亲R(shí)別圖像，所以涉及到的算法會(huì)相比之前的來(lái)說(shuō)比較困難，所以我盡量會(huì)講得清楚一點(diǎn)。

而且因?yàn)樵诰帉?xiě)的過(guò)程中，把前面的一些邏輯也修改了一些，將其變得更完善了，所以一切以本篇的為準(zhǔn)。當(dāng)然，如果想要直接看代碼，代碼全部放在我的GitHub中，所以這篇文章主要負(fù)責(zé)講解，如需代碼請(qǐng)自行前往GitHub。

本次大綱

上一次寫(xiě)到了數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，我們能夠?qū)崟r(shí)的將更新的訓(xùn)練圖片存入CSV文件中。所以這次繼續(xù)往下走，該輪到識(shí)別圖片的內(nèi)容了。

首先我們需要從文件夾中提取出需要被識(shí)別的圖片test.png，并且把它經(jīng)過(guò)與訓(xùn)練圖片相同的處理得到1x10000大小的向量。因?yàn)閮烧咧g存在微小的差異，我也不是很想再往源代碼之中增加邏輯了，所以我就直接把增加待識(shí)別圖片的函數(shù)重新寫(xiě)一個(gè)命名為GetTestPicture，內(nèi)容與GetTrainPicture類似，只不過(guò)少了“增加圖片名稱”這一個(gè)部分。

之后我們就可以開(kāi)始進(jìn)行正式圖片識(shí)別內(nèi)容了。

主要是計(jì)算待識(shí)別圖片與所有訓(xùn)練圖片的距離。當(dāng)兩個(gè)圖片距離越近的時(shí)候，說(shuō)明他們?cè)较嗨?，那么他們很有可能?xiě)的就是同一個(gè)數(shù)。所以利用這個(gè)原理，我們可以找出距離待識(shí)別圖像最近的幾個(gè)訓(xùn)練圖片，并輸出他們的數(shù)字分別是幾。比如說(shuō)我想輸出前三個(gè)，前三個(gè)分別是3，3，9，那就說(shuō)明這個(gè)待識(shí)別圖片很有可能是3.

之后還可以對(duì)每一個(gè)位置加個(gè)權(quán)重，具體的就放在下一次再講，本節(jié)內(nèi)容已經(jīng)夠多了。

（第一篇文章之中我說(shuō)過(guò)利用圖片洞數(shù)檢測(cè)。我嘗試了一下，認(rèn)為有些不妥，具體原因放在本文末。）

MAIN代碼

所以直接把主要代碼放上來(lái)，邏輯相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較清晰的

import os
import OperatePicture as OP
import OperateDatabase as OD
import PictureAlgorithm as PA
import csv

##Essential vavriable 基礎(chǔ)變量
#Standard size 標(biāo)準(zhǔn)大小
N = 100
#Gray threshold 灰度閾值
color = 200/255

n = 10

#讀取原CSV文件
reader = list(csv.reader(open('Database.csv', encoding = 'utf-8')))
#清除讀取后的第一個(gè)空行
del reader[0]
#讀取num目錄下的所有文件名
fileNames = os.listdir(r"./num/")
#對(duì)比f(wàn)ileNames與reader，得到新增的圖片newFileNames
newFileNames = OD.NewFiles(fileNames, reader)
print('New pictures are: ', newFileNames)
#得到newFilesNames對(duì)應(yīng)的矩陣
pic = OP.GetTrainPicture(newFileNames)
#將新增圖片矩陣存入CSV中
OD.SaveToCSV(pic, newFileNames)
#將原數(shù)據(jù)庫(kù)矩陣與新數(shù)據(jù)庫(kù)矩陣合并
pic = OD.Combination(reader, pic)

#得到待識(shí)別圖片
testFiles = os.listdir(r"./test/")
testPic = OP.GetTestPicture(testFiles)

#計(jì)算每一個(gè)待識(shí)別圖片的可能分類
result = PA.CalculateResult(testPic, pic)
for item in result:
 for i in range(n):
  print('第'+str(i+1)+'個(gè)向量為'+str(item[i+n])+',距離為'+str(item[i]))

相比上一篇文章的內(nèi)容，本篇文章里只增加了下面的的一段代碼，即得到待識(shí)別圖片名稱、得到待識(shí)別圖片向量、計(jì)算分類。

下面我們將著重講解CalculateResult函數(shù)的內(nèi)容，即識(shí)別圖片的算法。

算法內(nèi)容

算法大致講解

我們?cè)诖缶V之中已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹過(guò)了，所以我就直接把復(fù)制過(guò)來(lái)，并且再添加一些內(nèi)容。

假設(shè)我們?cè)诙S平面上有兩個(gè)點(diǎn)A=(1,1)和B=(5,5)，我現(xiàn)在再放一個(gè)點(diǎn)C=(2,2)，那么請(qǐng)問(wèn)，C點(diǎn)離哪一個(gè)更近？

學(xué)過(guò)初中數(shù)學(xué)的都會(huì)知道肯定是離A點(diǎn)更近。所以我們換一種說(shuō)法，我們現(xiàn)在有兩個(gè)類A和B，A類中包括了點(diǎn)(1,1),B類中包括了點(diǎn)(5,5)，所以對(duì)于點(diǎn)(2,2)，它可能屬于哪一類？

因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)離A類的點(diǎn)更近一點(diǎn)，所以它可能屬于A類。這就是結(jié)論。那么對(duì)于3維空間，A類是點(diǎn)(1,1,1)和B類是(5,5,5)，那么對(duì)于點(diǎn)(2,2,2)肯定也是屬于A類。

可以看出，我們這里是將兩個(gè)點(diǎn)的距離來(lái)作為判斷屬于哪一類的標(biāo)準(zhǔn)。那么對(duì)于我們將圖片拉成的1xn維向量，他實(shí)際上投影到n維空間上就是一個(gè)點(diǎn)，所以我們將訓(xùn)練向量分成10類，分別代表十個(gè)數(shù)字，那么被識(shí)別數(shù)字靠近哪一個(gè)類，那說(shuō)明它有可能屬于這一個(gè)類。

那么我們這里可以假設(shè)對(duì)于被識(shí)別向量，列出距離他最近的前十個(gè)向量分別屬于哪一類別，然后根據(jù)名次加上一個(gè)權(quán)重，并計(jì)算出一個(gè)值。該值代表了可能是屬于哪一個(gè)類，因此這就是我們得出的最終的一個(gè)結(jié)果——被識(shí)別手寫(xiě)數(shù)字圖片的值。

以上是第一篇文章中的內(nèi)容，下面我著重講一下數(shù)學(xué)方面的內(nèi)容。

考慮到某些地方不能夠輸入數(shù)學(xué)公式（或不方便輸入），我還是把這一段內(nèi)容貼成圖片出來(lái)。

之后直接挑出前幾個(gè)離被識(shí)別圖片最近的向量數(shù)字，基本上這幾個(gè)數(shù)字就是被識(shí)別圖片的數(shù)字了。但這樣做未免有些簡(jiǎn)單，所以下一篇文章我會(huì)再深入一下，這張先講計(jì)算距離的內(nèi)容。

主代碼

下面的代碼中文件夾test用來(lái)存放待識(shí)別圖片，并通過(guò)函數(shù)GetTestPicture來(lái)得到圖片向量，之后和訓(xùn)練圖片pic一起放進(jìn)計(jì)算距離的函數(shù)CalculateResult中計(jì)算每一個(gè)待識(shí)別向量和其他所有圖片向量的距離。

#得到待識(shí)別圖片
testFiles = os.listdir(r"./test/")
testPic = OP.GetTestPicture(testFiles)

#計(jì)算每一個(gè)待識(shí)別圖片的可能分類
result = PA.CalculateResult(testPic, pic)
for item in result:
 for i in range(n):
  print('第'+str(i+1)+'個(gè)向量為'+str(item[i+n])+',距離為'+str(item[i]))

函數(shù)CalculateResult在文件PictureAlgorithm.py中，這個(gè)文件里面包含了兩個(gè)函數(shù)為CalculateDistance函數(shù)和CalculateResult函數(shù)，代表識(shí)別圖片所用到的算法。

函數(shù)CalculateResult

這個(gè)函數(shù)的邏輯比較簡(jiǎn)單，也沒(méi)什么好說(shuō)的，主要的聯(lián)系就是這個(gè)計(jì)算距離的CalculateDistance函數(shù)。

def CalculateResult(test, train):
 '''計(jì)算待識(shí)別圖片test的可能分類'''
 #得到每個(gè)圖片的前n相似圖片
 testDis = CalculateDistance(test[:,0:N**2], train[:,0:N**2], train[:,N**2], n)
 #將testDis變成列表
 tt = testDis.tolist()
 #輸出每一個(gè)待識(shí)別圖片的所有前n個(gè)
 for i in tt:
  for j in i:
   print(j)

函數(shù)CalculateDistance

函數(shù)中我導(dǎo)入了四個(gè)參數(shù)：被識(shí)別向量test，訓(xùn)練向量train，與訓(xùn)練向量對(duì)應(yīng)的每個(gè)向量對(duì)應(yīng)代表的數(shù)字num，想要導(dǎo)出的前n個(gè)距離最近的向量。

def CalculateDistance(test, train, num, n):
 '''計(jì)算每個(gè)圖片前n相似圖片'''
 #前n個(gè)放距離，后n個(gè)放數(shù)字
 dis = np.zeros(2*n*len(test)).reshape(len(test), 2*n)
 for i, item in enumerate(test):
  #計(jì)算出每個(gè)訓(xùn)練圖片與該待識(shí)別圖片的距離
  itemDis = np.sqrt(np.sum((item-train)**2, axis=1))
  #對(duì)距離進(jìn)行排序，找出前n個(gè)
  sortDis = np.sort(itemDis)
  dis[i, 0:n] = sortDis[0:n]
  for j in range(n):
   #找到前幾個(gè)在原矩陣中的位置
   maxPoint = list(itemDis).index(sortDis[j])
   #找到num對(duì)應(yīng)位置的數(shù)字，存入dis中
   dis[i, j+n] = num[maxPoint]
 return dis

首先建立一個(gè)行數(shù)為test內(nèi)被識(shí)別向量數(shù)量，列數(shù)為2*n的矩陣，每一行前n個(gè)放距離，后n個(gè)放數(shù)字。之后針對(duì)每一個(gè)被識(shí)別向量進(jìn)行循環(huán)。

首先直接計(jì)算每個(gè)訓(xùn)練圖片與該識(shí)別圖片的距離，直接可以用一行代碼表示

itemDis = np.sqrt(np.sum((item-train)**2, axis=1))

這一行代碼就是上文中的算法過(guò)程，我個(gè)人覺(jué)得還是比較復(fù)雜的，可以詳細(xì)的拆開(kāi)看一下，我這里不細(xì)講了。下面的內(nèi)容就是開(kāi)始排序并且找到距離最近的前幾個(gè)向量。

這里的邏輯是：先排序，找到距離最小的前n個(gè)，存入矩陣。找到前n個(gè)在原矩陣中的位置，并找到對(duì)應(yīng)位置上num的數(shù)字，存入dis的后n個(gè)。

這樣子就相當(dāng)于完成了所有內(nèi)容，返回dis即可。

實(shí)際測(cè)試

我自己動(dòng)手寫(xiě)了一些數(shù)字，如圖所示。所以實(shí)際上我們的數(shù)據(jù)庫(kù)還是比較小的。

所以我又寫(xiě)了一個(gè)數(shù)字作為待識(shí)別圖像，通過(guò)程序運(yùn)行以后，我們的以直接輸出前十個(gè)最相似的向量：

第1個(gè)向量為2.0,距離為33.62347223932534
第2個(gè)向量為2.0,距離為35.64182105224185
第3個(gè)向量為2.0,距離為38.69663119274146
第4個(gè)向量為2.0,距離為43.52904133387693
第5個(gè)向量為2.0,距離為43.69029199677604
第6個(gè)向量為1.0,距離為43.730883339256714
第7個(gè)向量為6.0,距離為44.94800943845918
第8個(gè)向量為2.0,距離為45.033283944455924
第9個(gè)向量為4.0,距離為45.43926712996951
第10個(gè)向量為7.0,距離為45.64893989116544

之后我又依次從1-9試了一遍，我自己手寫(xiě)的數(shù)字全部識(shí)別正確，可以看出準(zhǔn)確率還是挺高的。所以做到這一步相當(dāng)于已經(jīng)完成度很高了。

所以我就試了一下從網(wǎng)上找的圖片，發(fā)現(xiàn)幾乎沒(méi)有正確的了。說(shuō)明我們的數(shù)據(jù)庫(kù)還是太小，只認(rèn)得我的字體。不過(guò)話說(shuō)這樣，也可以做一個(gè)字體識(shí)別的程序。

所以如果要提高準(zhǔn)確率，那么擴(kuò)大圖庫(kù)是必須的。這一次就到這里。

總結(jié)

所有源代碼我都放在了我的GitHub中，如果有興趣的話可以去看看。

到這里就相當(dāng)于算法內(nèi)容寫(xiě)完了，比較簡(jiǎn)單，只用了一個(gè)類似于K最近鄰的算法。

下一篇文章將會(huì)講一個(gè)給前n個(gè)排名加權(quán)的想法，這樣來(lái)提高準(zhǔn)確度。

所以這一次就先到這里為止，謝謝。

如果喜歡的話，麻煩點(diǎn)一個(gè)喜歡和關(guān)注一下噢，謝謝~

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