CNN代码实战

Familyism2024-08-18 15:27

CNN的原理

从 DNN 到 CNN

（1）卷积层与汇聚

⚫ 深度神经网络 DNN 中，相邻层的所有神经元之间都有连接，这叫全连接；卷积神经网络 CNN 中，新增了卷积层（Convolution）与汇聚（Pooling）。

⚫ DNN 的全连接层对应 CNN 的卷积层，汇聚是与激活函数类似的附件；单个卷积层的结构是：卷积层-激活函数-(汇聚)，其中汇聚可省略。

（2）CNN：专攻多维数据

在深度神经网络 DNN 课程的最后一章，使用 DNN 进行了手写数字的识别。但是，图像至少就有二维，向全连接层输入时，需要多维数据拉平为 1 维数据，这样一来，图像的形状就被忽视了，很多特征是隐藏在空间属性里的，而卷积层可以保持输入数据的维数不变，当输入数据是二维图像时，卷积层会以多维数据的形式接收输入数据，并同样以多维数据的形式输出至下一层

导包

复制代码 
import torch
import torch.nn as nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms
from torchvision import datasets
import matplotlib.pyplot as plt

制作数据集

复制代码 
# 制作数据集
# 数据集转换参数
transform = transforms.Compose([
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize(0.1307, 0.3081)
])
# 下载训练集与测试集
train_Data = datasets.MNIST(
root = 'D:/Postgraduate/CNN', # 下载路径
train = True, # 是 train 集
download = True, # 如果该路径没有该数据集，就下载
transform = transform # 数据集转换参数
)
test_Data = datasets.MNIST(
root = 'D:/Postgraduate/CNN', # 下载路径
train = False, # 是 test 集
download = True, # 如果该路径没有该数据集，就下载
transform = transform # 数据集转换参数
)
# 批次加载器
train_loader = DataLoader(train_Data, shuffle=True, batch_size=256)
test_loader = DataLoader(test_Data, shuffle=False, batch_size=256)

训练网络

复制代码 
class CNN(nn.Module):
    def __init__(self):
       super(CNN,self).__init__()
       self.net = nn.Sequential(
       nn.Conv2d(1, 6, kernel_size=5, padding=2), nn.Tanh(),
       nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2),
       nn.Conv2d(6, 16, kernel_size=5), nn.Tanh(),
       nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2),
       nn.Conv2d(16, 120, kernel_size=5), nn.Tanh(),
       nn.Flatten(),
       nn.Linear(120, 84), nn.Tanh(),
       nn.Linear(84, 10)
)
    def forward(self, x):
         y = self.net(x)
         return y
# 创建子类的实例，并搬到 GPU 上
model = CNN().to('cuda:0')
# 训练网络
# 损失函数的选择
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss() # 自带 softmax 激活函数
# 优化算法的选择
learning_rate = 0.9 # 设置学习率
optimizer = torch.optim.SGD(
    model.parameters(),
    lr = learning_rate,
)
# 训练网络
epochs = 5
losses = [] # 记录损失函数变化的列表
for epoch in range(epochs):
    for (x, y) in train_loader: # 获取小批次的 x 与 y
        x, y = x.to('cuda:0'), y.to('cuda:0')
        Pred = model(x) # 一次前向传播（小批量）
        loss = loss_fn(Pred, y) # 计算损失函数
        losses.append(loss.item()) # 记录损失函数的变化
        optimizer.zero_grad() # 清理上一轮滞留的梯度
        loss.backward() # 一次反向传播
        optimizer.step() # 优化内部参数
Fig = plt.figure()
plt.plot(range(len(losses)), losses)
plt.show()

测试网络

复制代码 
# 测试网络
correct = 0
total = 0
with torch.no_grad(): # 该局部关闭梯度计算功能
    for (x, y) in test_loader: # 获取小批次的 x 与 y
        x, y = x.to('cuda:0'), y.to('cuda:0')
        Pred = model(x) # 一次前向传播（小批量）
        _, predicted = torch.max(Pred.data, dim=1)
        correct += torch.sum( (predicted == y) )
        total += y.size(0)
print(f'测试集精准度: {100*correct/total} %')

使用网络

复制代码 
# 保存网络
torch.save(model, 'CNN.path')
new_model = torch.load('CNN.path')

完整代码

复制代码 
import torch
import torch.nn as nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms
from torchvision import datasets
import matplotlib.pyplot as plt

# 制作数据集
# 数据集转换参数
transform = transforms.Compose([
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize(0.1307, 0.3081)
])
# 下载训练集与测试集
train_Data = datasets.MNIST(
root = 'D:/Postgraduate/python_project/CNN', # 下载路径
train = True, # 是 train 集
download = True, # 如果该路径没有该数据集，就下载
transform = transform # 数据集转换参数
)
test_Data = datasets.MNIST(
root = 'D:/Postgraduate/python_project/CNN', # 下载路径
train = False, # 是 test 集
download = True, # 如果该路径没有该数据集，就下载
transform = transform # 数据集转换参数
)
# 批次加载器
train_loader = DataLoader(train_Data, shuffle=True, batch_size=256)
test_loader = DataLoader(test_Data, shuffle=False, batch_size=256)


class CNN(nn.Module):
    def __init__(self):
       super(CNN,self).__init__()
       self.net = nn.Sequential(
       nn.Conv2d(1, 6, kernel_size=5, padding=2), nn.Tanh(),
       nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2),
       nn.Conv2d(6, 16, kernel_size=5), nn.Tanh(),
       nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2),
       nn.Conv2d(16, 120, kernel_size=5), nn.Tanh(),
       nn.Flatten(),
       nn.Linear(120, 84), nn.Tanh(),
       nn.Linear(84, 10)
)
    def forward(self, x):
         y = self.net(x)
         return y
# 创建子类的实例，并搬到 GPU 上
model = CNN().to('cuda:0')
# 训练网络
# 损失函数的选择
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss() # 自带 softmax 激活函数
# 优化算法的选择
learning_rate = 0.9 # 设置学习率
optimizer = torch.optim.SGD(
    model.parameters(),
    lr = learning_rate,
)
# 训练网络
epochs = 5
losses = [] # 记录损失函数变化的列表
for epoch in range(epochs):
    for (x, y) in train_loader: # 获取小批次的 x 与 y
        x, y = x.to('cuda:0'), y.to('cuda:0')
        Pred = model(x) # 一次前向传播（小批量）
        loss = loss_fn(Pred, y) # 计算损失函数
        losses.append(loss.item()) # 记录损失函数的变化
        optimizer.zero_grad() # 清理上一轮滞留的梯度
        loss.backward() # 一次反向传播
        optimizer.step() # 优化内部参数
Fig = plt.figure()
plt.plot(range(len(losses)), losses)
plt.show()

# 测试网络
correct = 0
total = 0
with torch.no_grad(): # 该局部关闭梯度计算功能
    for (x, y) in test_loader: # 获取小批次的 x 与 y
        x, y = x.to('cuda:0'), y.to('cuda:0')
        Pred = model(x) # 一次前向传播（小批量）
        _, predicted = torch.max(Pred.data, dim=1)
        correct += torch.sum( (predicted == y) )
        total += y.size(0)
print(f'测试集精准度: {100*correct/total} %')

# 保存网络
torch.save(model, 'CNN.path')
new_model = torch.load('CNN.path')

运行截图

相关推荐
adjusttraining2 小时前
毁掉孩子视力不是电视和手机，两个隐藏很深因素，很多家长并不知
深度学习·其他
ziwu6 小时前
【宠物识别系统】Python+TensorFlow+Vue3+Django+人工智能+深度学习+卷积神经网络算法
人工智能·深度学习·图像识别
ziwu6 小时前
海洋生物识别系统【最新版】Python+TensorFlow+Vue3+Django+人工智能+深度学习+卷积神经网络算法
人工智能·深度学习·图像识别
WWZZ20256 小时前
快速上手大模型：深度学习12（目标检测、语义分割、序列模型）
深度学习·算法·目标检测·计算机视觉·机器人·大模型·具身智能
浩浩的代码花园12 小时前
自研端侧推理模型实测效果展示
android·深度学习·计算机视觉·端智能
晨非辰12 小时前
C++ 波澜壮阔 40 年：从基础I/O到函数重载与引用的完整构建
运维·c++·人工智能·后端·python·深度学习·c++40周年
这张生成的图像能检测吗15 小时前
（论文速读）EfficientTrain++: 高效视觉骨干训练的通用课程学习
人工智能·深度学习·计算机视觉·训练方法
编程小白_正在努力中1 天前
神经网络深度解析：从神经元到深度学习的进化之路
人工智能·深度学习·神经网络·机器学习
无风听海1 天前
神经网络之经验风险最小化
人工智能·深度学习·神经网络
H***99761 天前
月之暗面公开强化学习训练加速方法：训练速度暴涨97%，长尾延迟狂降93%
人工智能·深度学习·机器学习
热门推荐
01GitHub 镜像站点02BongoCat - 跨平台键盘猫动画工具03【保姆级教程】免费使用Gemini3的5种方法！免翻墙/国内直连04UV安装并设置国内源05Linux下V2Ray安装配置指南06安娜的档案(Anna’s Archive) 镜像网站/国内最新可访问入口（持续更新）07“我的电脑”图标没了怎么办 4种方法找回08Labelme从安装到标注：零基础完整指南09全球最强模型Grok4，国内已可免费使用！（附教程）10KGG转MP3工具|非KGM文件|解密音频