Multiclass classifier.ipynb

{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "metadata": {
    "colab": {},
    "colab_type": "code",
    "id": "wYtuKeK0dImp"
   },
   "outputs": [],
   "source": [
    "# ATTENTION: Please do not alter any of the provided code in the exercise. Only add your own code where indicated\n",
    "# ATTENTION: Please do not add or remove any cells in the exercise. The grader will check specific cells based on the cell position.\n",
    "# ATTENTION: Please use the provided epoch values when training.\n",
    "\n",
    "import csv\n",
    "import numpy as np\n",
    "import tensorflow as tf\n",
    "from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator\n",
    "from os import getcwd"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "metadata": {
    "colab": {},
    "colab_type": "code",
    "id": "4kxw-_rmcnVu"
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "(27455, 28, 28)\n",
      "(27455,)\n",
      "(7172, 28, 28)\n",
      "(7172,)\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "def get_data(filename):\n",
    "  # You will need to write code that will read the file passed\n",
    "  # into this function. The first line contains the column headers\n",
    "  # so you should ignore it\n",
    "  # Each successive line contians 785 comma separated values between 0 and 255\n",
    "  # The first value is the label\n",
    "  # The rest are the pixel values for that picture\n",
    "  # The function will return 2 np.array types. One with all the labels\n",
    "  # One with all the images\n",
    "  #\n",
    "  # Tips: \n",
    "  # If you read a full line (as 'row') then row[0] has the label\n",
    "  # and row[1:785] has the 784 pixel values\n",
    "  # Take a look at np.array_split to turn the 784 pixels into 28x28\n",
    "  # You are reading in strings, but need the values to be floats\n",
    "  # Check out np.array().astype for a conversion\n",
    "    with open(filename) as training_file:\n",
    "      # Your code starts here\n",
    "        csv_reader = csv.reader(training_file, delimiter = ',')\n",
    "        first_line = True\n",
    "        temp_images = []\n",
    "        temp_labels = []\n",
    "        for row in csv_reader:\n",
    "            if first_line:\n",
    "                first_line = False\n",
    "            else:\n",
    "                temp_labels.append(row[0])\n",
    "                image_data = row[1:785]\n",
    "                image_data_as_array = np.array_split(image_data, 28)\n",
    "                temp_images.append(image_data_as_array)\n",
    "        images = np.array(temp_images).astype('float')\n",
    "        labels = np.array(temp_labels).astype('float')\n",
    "      # Your code ends here\n",
    "    return images, labels\n",
    "\n",
    "path_sign_mnist_train = f\"{getcwd()}/../tmp2/sign_mnist_train.csv\"\n",
    "path_sign_mnist_test = f\"{getcwd()}/../tmp2/sign_mnist_test.csv\"\n",
    "training_images, training_labels = get_data(path_sign_mnist_train)\n",
    "testing_images, testing_labels = get_data(path_sign_mnist_test)\n",
    "\n",
    "# Keep these\n",
    "print(training_images.shape)\n",
    "print(training_labels.shape)\n",
    "print(testing_images.shape)\n",
    "print(testing_labels.shape)\n",
    "\n",
    "# Their output should be:\n",
    "# (27455, 28, 28)\n",
    "# (27455,)\n",
    "# (7172, 28, 28)\n",
    "# (7172,)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {
    "colab": {},
    "colab_type": "code",
    "id": "awoqRpyZdQkD"
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "(27455, 28, 28, 1)\n",
      "(7172, 28, 28, 1)\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "# In this section you will have to add another dimension to the data\n",
    "# So, for example, if your array is (10000, 28, 28)\n",
    "# You will need to make it (10000, 28, 28, 1)\n",
    "# Hint: np.expand_dims\n",
    "\n",
    "training_images = np.expand_dims(training_images, axis=3)\n",
    "testing_images = np.expand_dims(testing_images, axis=3)\n",
    "\n",
    "# Create an ImageDataGenerator and do Image Augmentation\n",
    "train_datagen = ImageDataGenerator(\n",
    "    rescale=1. / 255,\n",
    "    rotation_range=40,\n",
    "    width_shift_range=0.2,\n",
    "    height_shift_range=0.2,\n",
    "    shear_range=0.2,\n",
    "    zoom_range=0.2,\n",
    "    horizontal_flip=True,\n",
    "    fill_mode='nearest'\n",
    ")\n",
    "\n",
    "validation_datagen = ImageDataGenerator(\n",
    "    rescale=1 / 255\n",
    ")\n",
    "    \n",
    "# Keep These\n",
    "print(training_images.shape)\n",
    "print(testing_images.shape)\n",
    "    \n",
    "# Their output should be:\n",
    "# (27455, 28, 28, 1)\n",
    "# (7172, 28, 28, 1)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 6,
   "metadata": {
    "colab": {},
    "colab_type": "code",
    "id": "Rmb7S32cgRqS"
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "Epoch 1/3\n",
      "429/429 [==============================] - 43s 101ms/step - loss: 2.8760 - accuracy: 0.1307 - val_loss: 2.1252 - val_accuracy: 0.3132\n",
      "Epoch 2/3\n",
      "429/429 [==============================] - 42s 99ms/step - loss: 2.1206 - accuracy: 0.3340 - val_loss: 1.3542 - val_accuracy: 0.5468\n",
      "Epoch 3/3\n",
      "429/429 [==============================] - 42s 99ms/step - loss: 1.6858 - accuracy: 0.4630 - val_loss: 1.0280 - val_accuracy: 0.6666\n",
      "7172/1 [=======================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================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================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================================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=================================================================================================================================================================] - 3s 403us/sample - loss: 121.1460 - accuracy: 0.4675\n"
     ]
    },
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "[6.92426086682151, 0.56609035]"
      ]
     },
     "execution_count": 6,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "# Define the model\n",
    "# Use no more than 2 Conv2D and 2 MaxPooling2D\n",
    "model = tf.keras.models.Sequential([\n",
    "    tf.keras.layers.Conv2D(32, (3,3), activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)),\n",
    "    tf.keras.layers.MaxPooling2D(2,2),\n",
    "    tf.keras.layers.Conv2D(32, (3,3), activation='relu'),\n",
    "    tf.keras.layers.MaxPooling2D(2,2),\n",
    "    tf.keras.layers.Flatten(),\n",
    "    tf.keras.layers.Dense(512, activation='relu'),\n",
    "    tf.keras.layers.Dense(26, activation='softmax')\n",
    "])\n",
    "\n",
    "# Compile Model. \n",
    "model.compile(\n",
    "    optimizer='adam',\n",
    "    loss='sparse_categorical_crossentropy',\n",
    "    metrics=['accuracy']\n",
    ")\n",
    "\n",
    "# Configure generators\n",
    "train_gen = train_datagen.flow(\n",
    "    training_images,\n",
    "    training_labels,\n",
    "    batch_size=64\n",
    ")\n",
    "\n",
    "val_gen = validation_datagen.flow(\n",
    "    testing_images,\n",
    "    testing_labels,\n",
    "    batch_size=64\n",
    ")\n",
    "\n",
    "# Train the Model\n",
    "history = model.fit_generator(\n",
    "    train_gen,\n",
    "    epochs=3,\n",
    "    validation_data=val_gen\n",
    ")\n",
    "\n",
    "model.evaluate(testing_images, testing_labels)\n",
    "    \n",
    "# Baseline\n",
    "# [Loss, accuracy]\n",
    "[6.92426086682151, 0.56609035]\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 9,
   "metadata": {
    "colab": {},
    "colab_type": "code",
    "id": "_Q3Zpr46dsij"
   },
   "outputs": [
    {
     "data": {
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    "# Plot the chart for accuracy and loss on both training and validation\n",
    "%matplotlib inline\n",
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    "acc = history.history['accuracy']\n",
    "val_acc = history.history['val_accuracy']\n",
    "loss = history.history['loss']\n",
    "val_loss = history.history['val_loss']\n",
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    "epochs = range(len(acc))\n",
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    "plt.plot(epochs, acc, 'r', label='Training accuracy')\n",
    "plt.plot(epochs, val_acc, 'b', label='Validation accuracy')\n",
    "plt.title('Training and validation accuracy')\n",
    "plt.legend()\n",
    "plt.figure()\n",
    "\n",
    "plt.plot(epochs, loss, 'r', label='Training Loss')\n",
    "plt.plot(epochs, val_loss, 'b', label='Validation Loss')\n",
    "plt.title('Training and validation loss')\n",
    "plt.legend()\n",
    "\n",
    "plt.show()"
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    "# Submission Instructions"
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    "# Now click the 'Submit Assignment' button above."
   ]
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    "# When you're done or would like to take a break, please run the two cells below to save your work and close the Notebook. This will free up resources for your fellow learners. "
   ]
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    "<!-- Save the notebook -->\n",
    "IPython.notebook.save_checkpoint();"
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    "%%javascript\n",
    "IPython.notebook.session.delete();\n",
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    "setTimeout(function() { window.close(); }, 1000);"
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