TensorFlow中的tf.truncated_normal介绍

在TensorFlow中，我们通常会使用各种各样的分布函数来生成数据。其中，tf.truncated_normal函数非常实用，因为它可以让我们在生成正太分布数据时，忽略掉那些过于偏离平均值的不合格值。在这篇文章中，我们将从多个方面对tf.truncated_normal做详细阐述。

一、函数概述

tf.truncated_normal函数是用来生成截断正态分布的。其主要参数有mean、stddev、shape和dtype等。其中mean和stddev表示生成数据的平均值和标准差。对于shape参数，我们可以为其指定生成数据的形状。dtype参数表示生成数据的类型。此外，tf.truncated_normal函数还提供了seed参数用于指定随机数种子。

二、函数用法

下面我们来看一下tf.truncated_normal函数的使用方法。首先，我们需要导入TensorFlow:

import tensorflow as tf

然后，我们可以通过下面的代码示例来使用tf.truncated_normal函数生成截断正态分布数据：

mean = 0.0
stddev = 1.0
shape = [2, 3]
dtype = tf.float32

truncated_normal = tf.truncated_normal(shape=shape, mean=mean, stddev=stddev, dtype=dtype)

with tf.Session() as sess:
    result = sess.run(truncated_normal)
    print(result)

在上面的代码中，我们指定了平均值mean为0.0，标准差stddev为1.0，生成数据的形状为[2, 3]，数据类型为float32。使用with tf.Session() as sess来启动Session，然后调用sess.run()函数来计算结果。最后将截断正态分布数据打印出来。

三、截断正态分布的可视化

下面，我们将使用matplotlib库来可视化tf.truncated_normal生成的截断正态分布数据。请注意，我们为tf.truncated_normal指定的标准差stddev越小，生成的数据将越集中于平均值mean。具体实现代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
import numpy as np

mean = 0.0
stddev = 1.0
shape = [1000]

truncated_normal = tf.truncated_normal(shape=shape, mean=mean, stddev=stddev)

with tf.Session() as sess:
    values = sess.run(truncated_normal)

plt.hist(values, bins=50, normed=True)
plt.show()

在上述代码中，我们使用了1000个数据点来生成截断正态分布数据，然后使用plt.hist()函数来将数据可视化成直方图。如图所示，我们可以看到，生成的数据集中在0附近，数据越远离0，出现的次数就越少。

四、生成神经网络权重

在神经网络的训练过程中，我们通常需要随机初始化权重。使用tf.truncated_normal函数来随机初始化神经网络的权重是非常常见的做法。具体实现代码如下：

import tensorflow as tf

def weight_variable(shape):
    initial = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1)
    return tf.Variable(initial)

weights = weight_variable([784, 10])

在上述代码中，我们定义了一个weight_variable函数，该函数用于初始化权重。在函数内部，我们使用tf.truncated_normal函数来生成截断正态分布的数据，并将其作为神经网络的权重。然后，我们可以使用tf.Variable函数将其保存到变量weights之中。

五、截断正态分布与正态分布的比较

在本节中，我们将比较截断正态分布和普通正态分布的不同之处。我们先使用tf.truncated_normal生成一组截断正态分布数据，然后使用tf.random_normal生成一组普通正态分布数据。具体代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
import numpy as np

means = 0.0
stddevs = [1.0, 0.1, 0.01]

plt.figure(figsize=(12, 6))
for i, stddev in enumerate(stddevs):
    plt.subplot(1, 3, i+1)

    truncated_normal = tf.truncated_normal([1000], mean=means, stddev=stddev)
    normal = tf.random_normal([1000], mean=means, stddev=stddev)

    with tf.Session() as sess:
        values_truncated = sess.run(truncated_normal)
        values_normal = sess.run(normal)

    plt.hist(values_truncated, bins=50, normed=True, label='truncated')
    plt.hist(values_normal, bins=50, normed=True, alpha=0.5, label='normal')
    plt.title('stddev = {}'.format(stddev))
    plt.xlim([-5, 5])
    plt.ylim([0, 0.5])
    plt.legend()

plt.show()

在上述代码中，我们使用了三个不同的标准差，将截断正态分布和普通正态分布的直方图绘制到了同一张图片上。如图所示，随着标准差的减小，截断正态分布的形态越来越接近于普通正态分布，但是它们的分布规律仍有很大的差异。

六、本文总结

在本文中，我们详细介绍了TensorFlow中tf.truncated_normal函数的用法。从概述、用法、可视化、生成神经网络权重和与正态分布的比较等多个方面对其进行了阐述。希望本文的内容能够对您理解tf.truncated_normal函数提供一些帮助。