基于深度学习的手写数字识别研究

当前，机器学习和深度学习技术在特定领域得到广泛应用，尤其是MNIST手写数字识别。深度学习框架众多，各具特色，虽然工具只是辅助，却大幅简化了复杂的任务。通过matlab展示了一个基础的深度学习网络模型，不借助第三方库，逐步实现算法原理，深入理解每一步骤的实现过程。文章结合MNIST数据集，详细介绍了四层网络的设计，包括conv+relu+meanPool和conv。

这份资源提供了一个手写数字分类器的设计方案，并附带源代码。该分类器利用概率统计中的贝叶斯决策理论，能够有效识别0到9的手写数字。

该项目利用人工神经网络技术，构建了一个MATLAB手写数字识别系统，实现了对手写数字的自动识别。

为了提高 MNIST 手写数字识别的效率和准确率，提出了一种基于高斯过程潜变量模型 (GPLVM) 降维和支持向量机 (SVM) 分类的方法。该方法首先利用 GPLVM 对高维手写数字图像进行降维，然后使用 SVM 对降维后的数据进行分类。 分类方法 设计了两种分类方法： 方法一： 直接降维分类。对预处理后的原始数据使用 GPLVM 进行降维，然后通过 SVM 交叉验证进行分类，最后输出分类结果。 方法二： 阶梯跳跃降维分类。对预处理后的原始数据设定动态调整数据样本作为 GPLVM 降维算法的输入，通过 SVM 交叉验证分类后，对分类结果和当前维数进行保存。判断阶梯跳跃降维操作是否完毕，如果需要进一步降维，则计算新的阶梯维数执行迭代分类；如果已经结束，则输出合并后的结果。 方法二实现步骤 方法二的具体实现步骤如下： 数据预处理： 对原始数据集进行预处理，转换为实验程序需要的数据格式，并进行归一化处理。 设定阶梯维数： 采用对折交叉的方式将原始数据样本的维数进行等分，例如，原始数据为 24 维，若采用 6 折阶梯维数，则具体的降维顺序为 24 -> 20 -> 15 -> 10 -> 5 -> 1。 动态调整数据样本： 第一次输入时，数据样本保持为原始状态。在后面的迭代过程中，首先执行降维和 SVM 交叉验证分类，然后判断是否需要进一步降维。如果需要，则对此刻的样本进行动态调整，将上一次降维后的样本数据输出作为下一次 GPLVM 降维操作的输入。 GPLVM 降维优势 与其他非线性降维方法不同，GPLVM 不仅关注保持数据空间原有的局部距离，还侧重于在潜变量空间内分离原数据空间中距离较远的点。通过添加反向约束，GPLVM 同样实现了对原空间局部距离的保持。

首先打开GUI，与其他方法相比，我设计的图形用户界面更加直观易用。

使用机器学习方法实现的手写数字识别MATLAB源代码。

利用 TensorFlow 框架构建 AlexNet 模型，用于识别手写数字，代码实现参考 Kaggle 平台上的开源项目。

在NTUA（2016-2017）模式识别课程第9学期的实验中，我们进行了两项实验：一是手写数字0-9的视觉识别，采用了深度神经网络，达到了约99.8%的识别率；二是基于语音数据的口语数字识别，在Matlab中使用HMM工具进行了模型评估，显示出了良好的准确性。

利用MATLAB实现了手写数字的快速识别算法，该算法具有典型特征，适合作为课程设计的参考资料。