动手学深度学习（2）-3.5 图像分类数据集

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引言

这里主要是看一下如何加载数据集，并且生成批次训练的数据。
最大的收获是，知道了如何在训练阶段提高模型训练的性能
- 增加batch_size
- 增加num_worker
- 数据预加载

正文

图像分类数据集

主要包介绍

这个模块主要是将如何加载数据集，并且生成一个迭代器，每一次访问都会俺批次生成数据。
具体应用到以下几个功能：
- torchvision.datasets:获取数据集
  - 这个包拥有很多用于计算机视觉处理的功能 ，这个包主要有一些公开常用的计算机的视觉数据集，比如说mnist还有fashion-mnist等。
  - 这个包中的数据集可以直接被dataloader调用，会方便很多
  - dataset这个类还可以被继承实现，制作自己的dataset类
- transforms：
  - 图像预处理还有数据增强功能专用包，可以单独使用，也可以多个功能按照顺序进行组合compose,作为一个预处理函数。
- utils.data.DataLoader
  - 自动批量加载或训练数据的功能

主要流程

在加载数据集时，需要按照如下流程进行处理：
- 制定数据预处理的环节，并组合为完整的流程
  - 使用transform实现图片的剪裁还有重置大小等基本预处理操作
  - 将所有操作进行组合
- 获取数据集，并转为dataset类
  - 继承或者直接使用torchvision.dataset类
- 生成批量获取数据集dataloader加载生活器
  - 生成DataLoader实例
- 逐批次验证数据集

具体代码

python 复制代码

def load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=None):  #@save
    """下载Fashion-MNIST数据集，然后将其加载到内存中"""
    trans = [transforms.ToTensor()]
    if resize:
        trans.insert(0, transforms.Resize(resize))
    trans = transforms.Compose(trans)
    mnist_train = torchvision.datasets.FashionMNIST(
        root="../data", train=True, transform=trans, download=True)
    mnist_test = torchvision.datasets.FashionMNIST(
        root="../data", train=False, transform=trans, download=True)
    return (data.DataLoader(mnist_train, batch_size, shuffle=True,
                            num_workers=get_dataloader_workers()),
            data.DataLoader(mnist_test, batch_size, shuffle=False,
                            num_workers=get_dataloader_workers()))

# 逐批次遍历数据
train_iter, test_iter = load_data_fashion_mnist(32, resize=64)
for X, y in train_iter:
    print(X.shape, X.dtype, y.shape, y.dtype)
    break

练习

问题一

在加载训练参数的过程中，影响模型的性能的参数有哪些？
- batch_size ：表示加载到内存中的数据量，越大，所需要的内存越多，反之亦然。
- DataLoader(num_workers = ?) :表示用于加载数据的线程数，线程越多，加载的越快 ，同样的需要的内存越多。

问题二

pytorch中的数据迭代器的性能非常重要，有哪些方式可以改进它？
- DataLoader 的 persistent_workers 参数 ：
  - 控制在每一个训练epoch后不需要关闭或者重启数据加载工作的进程
  - persistent_worker = True
- 使用数据预取Prefetching
  - GPU在执行任务的同时，CPU可以预先加载下一批数据
- num_wokrer
  - 提高加载数据的进程数量，提高运算效率
- pin_memory加速数据传输
  - pin_memory = True
  - 加速数据从CPU到GPU的过程

pytorch提供的其他的数据集

图像分类数据集

复制代码

CIFAR-10/CIFAR-100: 包含 10 类（CIFAR-10）或 100 类（CIFAR-100）的小图像。
MNIST: 手写数字数据集。
Fashion-MNIST: 与 MNIST 类似，但用于衣物分类。
ImageNet: 一个大规模的图像分类数据集。
SVHN (Street View House Numbers): 用于数字识别的街景房号数据集。

目标检测和分割数据集

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COCO (Common Objects in Context): 用于多种视觉任务，包括目标检测、图像分割和标注。
VOC (Pascal Visual Object Classes): 包括图像分类、目标检测和图像分割任务。
Cityscapes: 用于城市场景理解，包括语义分割和实例分割。

其他

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CelebA: 用于面部属性识别的大规模人脸属性数据集。
STL-10: 用于自我监督学习和图像分类的数据集。
Omniglot: 包含多种语言的字符，用于一次学习和其他语言任务。
EMNIST: 扩展的 MNIST 数据集，包括字母和数字。

总结

很多的东西，还是要自己系统地了解一下，不然很多东西都不了解，现在知道了。继续弄吧，这都是欠下的技术债。