b站小土堆PyTorch视频学习笔记（CIFAR10数据集分类实例）

知恩呐1112024-11-01 9:50

1、准备数据集并查看数据集长度

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
test_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
train_data_size = len(train_data)
test_data_size = len(test_data)
print("训练集的长度为：{}".format(train_data_size))
print("测试集的长度为：{}".format(test_data_size))

2、利用DataLoader加载数据集

train_dataloader = DataLoader(train_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

batch_size=64：一次读取64张图片

3、搭建神经网络

卷积是提取特征：通过卷积核提取特征（卷积核的个数=out_chennl数;j卷积核的大小随机设置）

池化是压缩特征：降低特征的数据量/剔除冗余,取池化核对应格子中最明显的一个格子（比如通过池化可以将4k画质变为720P画质）

最大池化不改变chennl数，卷积会改变chennl数

输入层的图片：3通道，像素个数/大小：32*32

  1. 进行第一次卷积（卷积核为5）：输入通道为3，输出通道为32，像素个数/大小：32*32
  2. 进行最大池化（池化核为2）：通道不变：32，像素个数/大小：16*16
  3. 进行第二次卷积（卷积核为5）：输入通道为32，输出通道为32，像素个数/大小：16*16
  4. 进行最大池化（池化核为2）：通道不变：32，像素个数/大小：8*8
  5. 进行第三次卷积（卷积核为5）：输入通道为32，输出通道为64，像素个数/大小：8*8
  6. 进行最大池化（池化核为2）：通道不变：64，像素个数/大小：4*4
  7. 进行展平（通俗理解就是将矩阵形式的像素点变为向量形式的像素点）

一共有64*4*4个像素点

8.进行一次全连接：输入为1024压缩为64

9.进行第二次全连接：输入为64压缩为10

复杂版

简化版

利用了Sequential让模型更简化了

class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.model1 = Sequential(  ###
            Conv2d(3, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 64, 5, padding=2), 
            MaxPool2d(2),
            Flatten(),  
            Linear(1024, 64),  
            Linear(64, 10)  
        )
    def forward(self,x):
        x = self.model1(x)
        return x

将该模型单独放到一个py文件中

from torch.nn import Conv2d, MaxPool2d, Flatten, Linear, Sequential
from torch.utils.data import DataLoader


class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.model1 = Sequential(  ###
            Conv2d(3, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 64, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Flatten(),
            Linear(1024, 64),
            Linear(64, 10)
        )
    def forward(self,x):
        x = self.model1(x)
        return x
if __name__ == '__main__':
    tudui = Tudui()
    ## 验证网络的正确性
    input = torch.ones([64,3,32,32])
    output = tudui(input)
    ## 看输出的尺寸是不是自己想要的
    print(output.shape)

torch.ones是什意思？可查看下面的文章

张量转换

from model_tudui import *：指调用自己创建的model_tudui.py文件中的模型

import torch
import torchvision
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from model_tudui import *
from torch.nn import Conv2d, MaxPool2d, Flatten, Linear, Sequential
## 准备数据集

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
test_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
train_data_size = len(train_data)
test_data_size = len(test_data)
## 数据集长度：训练集的长度为：50000；测试集的长度为：10000
## 字符串格式化"XXX{}".format(变量)
print("训练集的长度为：{}".format(train_data_size))
print("测试集的长度为：{}".format(test_data_size))

##利用DataLoader加载数据集
train_dataloader = DataLoader(train_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

## 搭建神经网络
tudiu = Tudui()
# 损失函数:用的交叉熵
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
# 优化器
# optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), lr=0.01)
##或者下面
learning_rate = 1e-2
optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), learning_rate)
## 设置训练模型的一些参数
#记录训练的次数
total_train_step = 0
## 记录测试的次数
total_test_step = 0
# 训练的轮数
epoch = 10
for i in range(epoch):
    print("第{}轮训练开始".format(i+1))
    # 训练步骤开始
    for data in train_dataloader:
        imgs, targets = data
        outputs = tudiu(imgs)
        loss = loss_fn(outputs, targets)###output是什么
        ##优化器调优
        optimizer.zero_grad()## 将模型参数的梯度归零
        loss.backward() ##反向传播，计算当前梯度
        optimizer.step()##更新参数值

        total_train_step = total_train_step +1
        if total_train_step % 100 ==0:
            print("训练次数:{},loss:{}".format(total_train_step, loss))## loss可以写为loss.item()##item会把tensor数据值转化为真实数据
        ###怎么知道模型是不是训练好了，要求测试集的准确率，并对模型进行调优
    ## 测试开始
    total_test_loss = 0
    with torch.no_grad():###是一个用于禁用梯度的上下文管理器：不会拿测试集调整模型
        for data in test_dataloader:
            imgs, targets = data
            outputs = tudiu(imgs)
            loss = loss_fn(outputs, targets)
            total_test_loss = total_test_loss + loss.item()
    print("整体测试集上的Loss：{}".format(total_test_loss))

输出为：

改进代码将上面的结果在tensorBoder中展示出来：

import torch
import torchvision
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter

from model_tudui import *
from torch.nn import Conv2d, MaxPool2d, Flatten, Linear, Sequential
## 准备数据集

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
test_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
train_data_size = len(train_data)
test_data_size = len(test_data)
## 数据集长度：训练集的长度为：50000；测试集的长度为：10000
## 字符串格式化"XXX{}".format(变量)
print("训练集的长度为：{}".format(train_data_size))
print("测试集的长度为：{}".format(test_data_size))

##利用DataLoader加载数据集
train_dataloader = DataLoader(train_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

## 搭建神经网络
tudiu = Tudui()
# 损失函数:用的交叉熵
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
# 优化器
# optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), lr=0.01)
##或者下面
learning_rate = 1e-2
optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), learning_rate)
## 设置训练模型的一些参数
#记录训练的次数
total_train_step = 0
## 记录测试的次数
total_test_step = 0
# 训练的轮数
writer = SummaryWriter("logs_train")
epoch = 10
for i in range(epoch):
    print("第{}轮训练开始".format(i+1))
    # 训练步骤开始
    for data in train_dataloader:
        imgs, targets = data
        outputs = tudiu(imgs)
        loss = loss_fn(outputs, targets)###output是什么
        ##优化器调优
        optimizer.zero_grad()## 将模型参数的梯度归零
        loss.backward() ##反向传播，计算当前梯度
        optimizer.step()##更新参数值

        total_train_step = total_train_step +1
        if total_train_step % 100 ==0:
            print("训练次数:{},loss:{}".format(total_train_step, loss))## loss可以写为loss.item()##item会把tensor数据值转化为真实数据
            writer.add_scalar("train_loss", loss.item(), total_train_step)
        ###怎么知道模型是不是训练好了，要求测试集的准确率，并对模型进行调优
    ## 测试开始
    total_test_loss = 0
    with torch.no_grad():###是一个用于禁用梯度的上下文管理器：不会拿测试集调整模型
        for data in test_dataloader:
            imgs, targets = data
            outputs = tudiu(imgs)
            loss = loss_fn(outputs, targets)
            total_test_loss = total_test_loss + loss.item()
    print("整体测试集上的Loss：{}".format(total_test_loss))
    writer.add_scalar("test_loss", loss.item(), total_test_step)
    total_test_step = total_test_step + 1
writer.close()

在终端输入：

conda activate pytorch5
tensorboard --logdir="D:\python_project\pythonProject\logs_train" --port=6008

在浏览器打开网址：

进一步优化：可以让模型 保存，并且显示测试集的正确率

###保存每一轮训练结果

torch.save(tudiu, "tudiu_{}".format(i))
    print("模型已经保存")

import torch
import torchvision
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter

from model_tudui import *
from torch.nn import Conv2d, MaxPool2d, Flatten, Linear, Sequential
## 准备数据集

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=True, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
test_data = torchvision.datasets.CIFAR10(root="./data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(), download=True)
train_data_size = len(train_data)
test_data_size = len(test_data)
## 数据集长度：训练集的长度为：50000；测试集的长度为：10000
## 字符串格式化"XXX{}".format(变量)
print("训练集的长度为：{}".format(train_data_size))
print("测试集的长度为：{}".format(test_data_size))

##利用DataLoader加载数据集
train_dataloader = DataLoader(train_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

## 搭建神经网络
tudiu = Tudui()
# 损失函数:用的交叉熵
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
# 优化器
# optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), lr=0.01)
##或者下面
learning_rate = 1e-2
optimizer = torch.optim.SGD(tudiu.parameters(), learning_rate)
## 设置训练模型的一些参数
#记录训练的次数
total_train_step = 0
## 记录测试的次数
total_test_step = 0
# 训练的轮数
writer = SummaryWriter("logs_train")
epoch = 10
for i in range(epoch):
    print("第{}轮训练开始".format(i+1))
    # 训练步骤开始
    for data in train_dataloader:
        imgs, targets = data
        outputs = tudiu(imgs)
        loss = loss_fn(outputs, targets)###output是什么
        ##优化器调优
        optimizer.zero_grad()## 将模型参数的梯度归零
        loss.backward() ##反向传播，计算当前梯度
        optimizer.step()##更新参数值

        total_train_step = total_train_step +1
        if total_train_step % 100 ==0:
            print("训练次数:{},loss:{}".format(total_train_step, loss))## loss可以写为loss.item()##item会把tensor数据值转化为真实数据
            writer.add_scalar("train_loss", loss.item(), total_train_step)
        ###怎么知道模型是不是训练好了，要求测试集的准确率，并对模型进行调优
    ## 测试开始
    total_test_loss = 0
    total_accuracy = 0
    with torch.no_grad():###是一个用于禁用梯度的上下文管理器：不会拿测试集调整模型
        for data in test_dataloader:
            imgs, targets = data
            outputs = tudiu(imgs)
            loss = loss_fn(outputs, targets)
            total_test_loss = total_test_loss + loss.item()
            accuracy = (outputs.argmax(1) == targets).sum()
            total_accuracy = total_accuracy + accuracy
            
            
    print("整体测试集上的Loss：{}".format(total_test_loss))
    print("整体测试集上的正确率为；{}".format(total_accuracy/test_data_size))
    writer.add_scalar("test_loss", loss.item(), total_test_step)
    writer.add_scalar("test_accuracy", total_accuracy/test_data_size,total_test_step )
    total_test_step = total_test_step + 1
    ##保存每一轮训练的结果
    torch.save(tudiu, "tudiu_{}".format(i))
    print("模型已经保存")
writer.close()

####随便找一张图来尝试

测试代码：

import torchvision
from PIL import Image
import torch
import torchvision
from torch import nn
from torch.nn import Conv2d, MaxPool2d, Flatten, Linear, Sequential
from torch.utils.data import DataLoader
image_path = "imgs/dog.png"
image = Image.open(image_path)
print(image)
image = image.convert('RGB')
###由于改图片的大小为size=1120x856；通道为mode=RGBA（png格式为4个通道） ；而建立的tudiu模型要求输入的图片大小为32*32，且通道转化为三通道
## Resize:输入什么数据类型就输出什么数据类型
##torchvision.transforms.Resize((32, 32))->获得了一个PIL的images
transform = torchvision.transforms.Compose([torchvision.transforms.Resize((32, 32)),
                                           torchvision.transforms.ToTensor()])

image = transform(image)
print(image.shape)###图片变成了想要的


### 导入网络模型
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.model1 = Sequential(  ###
            Conv2d(3, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 32, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Conv2d(32, 64, 5, padding=2),
            MaxPool2d(2),
            Flatten(),
            Linear(1024, 64),
            Linear(64, 10)
        )
    def forward(self,x):
        x = self.model1(x)
        return x

model = torch.load("tudiu_9")
print(model)
image = torch.reshape(image, (1, 3, 32, 32))
model.eval()
with torch.no_grad():##简化操作，不需要再训练模型只需要测试模型
    output = model(image)
print(output)
output1 = output.argmax(1)
print(output1)

注明:该模型相对简单没有用到非线性变化

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