第T6周:Tensorflow实现好莱坞明星识别

目标

具体实现

(一)环境

语言环境 :Python 3.10
编 译 器: PyCharm
框 架:

(二)具体步骤
1.查询TF版本和设置使用GPU
复制代码
from tensorflow import keras  
from tensorflow.keras import models, layers  
import os, PIL, pathlib  
import matplotlib.pyplot as plt  
import tensorflow as tf  
import numpy as np  
  
# 查询tensorflow版本  
print("Tensorflow Version:", tf.__version__)  
  
# 设置使用GPU  
gpus = tf.config.list_physical_devices("GPU")  
print(gpus)  
  
if gpus:  
    gpu0 = gpus[0]  # 如果有多个GPU,仅使用第0个GPU  
    tf.config.experimental.set_memory_growth(gpu0, True)    # 设置GPU显存按需使用  
    tf.config.set_visible_devices([gpu0], "GPU")

Tensorflow Version: 2.10.0
[PhysicalDevice(name='/physical_device:GPU:0', device_type='GPU')]
2.导入数据

目录结构如下:

复制代码
# 导入数据  
data_dir = './datasets/hollywood/'  
data_dir = pathlib.Path(data_dir)  
  
# 查看数据  
image_count = len(list(data_dir.glob('*/*.jpg')))  
print('图片总数为:', image_count)

图片总数为: 1800

# 看看Brad Pitt(布拉德·皮特)的图片  
brad_pitt = list(data_dir.glob('Brad Pitt/*.jpg'))  
im = PIL.Image.open(brad_pitt[0])  
im.show()
3.数据预处理
复制代码
# 数据预处理  
batch_size = 32  
image_height = 224  
image_width = 224  
  
train_ds = tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory(  
    directory=data_dir,  
    validation_split=0.1,  
    subset="training",  
    label_mode="categorical",  
    seed=123,  
    image_size=(image_height, image_width),  
    batch_size=batch_size  
)  
val_ds = tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory(  
    directory=data_dir,  
    validation_split=0.1,  
    subset="validation",  
    label_mode="categorical",  
    seed=123,  
    image_size=(image_height, image_width),  
    batch_size=batch_size  
)

Found 1800 files belonging to 17 classes.
Using 1620 files for training.
Found 1800 files belonging to 17 classes.
Using 180 files for validation.

# 输出数据集的标签(标签按字母顺序对应于目录名称)  
class_names = train_ds.class_names  
print(class_names)

['Angelina Jolie', 'Brad Pitt', 'Denzel Washington', 'Hugh Jackman', 'Jennifer Lawrence', 'Johnny Depp', 'Kate Winslet', 'Leonardo DiCaprio', 'Megan Fox', 'Natalie Portman', 'Nicole Kidman', 'Robert Downey Jr', 'Sandra Bullock', 'Scarlett Johansson', 'Tom Cruise', 'Tom Hanks', 'Will Smith']

# 可视化数据  
plt.figure(figsize=(20, 10))  
for images, labels in train_ds.take(1):  
    for i in range(20):  
        ax = plt.subplot(5, 10, i + 1)  
        plt.imshow(images[i].numpy().astype("uint8"))  
        plt.title(class_names[np.argmax(labels[i])])  
  
        plt.axis("off")  
plt.show()
复制代码
# 再次检查数据  
for image_batch, labels_batch in train_ds:  
    print(image_batch.shape)  
    print(labels_batch.shape)  
    break

(32, 224, 224, 3)
(32, 17)
4.配置数据集
复制代码
# 配置数据集  
AUTOTUNE = tf.data.AUTOTUNE  
train_ds = train_ds.cache().shuffle(1000).prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)  
val_ds = val_ds.cache().prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)
5.构建CNN网络
复制代码
# 构建CNN网络  
model = models.Sequential([  
    layers.experimental.preprocessing.Rescaling(1./255, input_shape=(image_height, image_width, 3)),  
    layers.Conv2D(16, (3, 3), 1, activation='relu', input_shape=(image_height, image_width)),  
    layers.AveragePooling2D((2, 2)),  
    layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu'),  
    layers.AveragePooling2D((2, 2)),  
    layers.Dropout(0.5),  
    layers.Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'),  
    layers.AveragePooling2D((2, 2)),  
    layers.Dropout(0.5),  
    layers.Conv2D(128, (3, 3), activation='relu'),  
    layers.Dropout(0.5),  
  
    layers.Flatten(),  
    layers.Dense(128, activation='relu'),  
    layers.Dense(len(class_names))  
])  
print(model.summary())
6.训练模型
复制代码
# 训练模型  
# 1. 设置动态学习率  
initial_learning_rate = 1e-4    # 设置初始学习率  
lr_schedule = tf.keras.optimizers.schedules.ExponentialDecay(  # 对学习率使用指数衰减  
    initial_learning_rate=initial_learning_rate,  
    decay_steps=60,  # 学习率衰减的步数。在经过 decay_steps 步后,学习率将按照指数函数衰减。  
    decay_rate=0.96,  # 学习率的衰减率。它决定了学习率如何衰减。通常,取值在 0 到 1 之间。  
    staircase=True  
)  
# 2. 将指数衰减学习率送入优化器  
optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=lr_schedule)  
  
# 3. 设置损失函数  
loss = tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(from_logits=True)    # 多分类的对数损失函数  
  
model.compile(  
    optimizer=optimizer,  
    loss=loss,  
    metrics=['accuracy']  
)  
  
epochs = 100  
  
# 保存模型最佳参数  
checkpointer = ModelCheckpoint(  
    filepath='./models/hollywood-best.h5',  
    monitor='val_accuracy',  
    verbose=1,  
    save_best_only=True,  
    save_weights_only=True  
)  
  
# 设置早停  
earlystopper = EarlyStopping(  
    monitor='val_accuracy',  
    min_delta=0.001,  
    patience=20,  
    verbose=1  
)  
  
# 训练  
history = model.fit(  
    x=train_ds,  
    validation_data=val_ds,  
    epochs=epochs,  
    callbacks=[checkpointer, earlystopper]  
)  
  
# 模型评估  
  
acc = history.history['accuracy']  
val_acc = history.history['val_accuracy']  
  
loss = history.history['loss']  
val_loss = history.history['val_loss']  
  
epochs_range = range(len(loss))  
  
plt.figure(figsize=(12, 4))  
plt.subplot(1, 2, 1)  
plt.plot(epochs_range, acc, label="Training Accuracy")  
plt.plot(epochs_range, val_acc, label="Validation Accuracy")  
plt.legend(loc="lower right")  
plt.title("Training and validation accuracy")  
  
plt.subplot(1, 2, 2)  
plt.plot(epochs_range, loss, label="Loss Accuracy")  
plt.plot(epochs_range, val_loss, label="Validation Loss")  
plt.legend(loc="lower right")  
plt.title("Training and validation Loss")  
  
plt.show()
7.真实图片预测
复制代码
# 加载效果最好的模型权重  
model.load_weights('./models/hollywood-best.h5')  
# img = PIL.Image.open("./datasets/hollywood/Jennifer Lawrence/021_2eaafb9f.jpg")  
# image = tf.image.resize(img, [image_height, image_width])  
  
image = tf.keras.utils.load_img('./datasets/hollywood/Jennifer Lawrence/021_2eaafb9f.jpg', target_size=(image_height, image_width))  
image_array = tf.keras.utils.img_to_array(image)  # 将PIL对象转换成numpy数组  
img_array = tf.expand_dims(image_array, 0)    # /255.0  # 记得做归一化处理(与训练集处理方式保持一致)  
  
predictions =model.predict(img_array)  
  
print("预测结果为:", class_names[np.argmax(predictions)])

预测结果为: Jennifer Lawrence
(三)总结

实际预测会发现结果有很大概率会出错的。其次看模型评估,其实训练的结果是比较差的, val_accuracy最好只有40%左右。如何提高准确率,还需要研究,后续出实践总结。

相关推荐
码爸4 小时前
支持向量机介绍与示例
算法·机器学习·支持向量机
别动我齐刘海6 小时前
Linux 系统调试学习1
linux·运维·服务器·c++·学习·机器学习·机器人
szxinmai主板定制专家8 小时前
储能EMS + 协调控制器实战:RK3568/3576/3588+FPGA+AI 故障录波与诊断
人工智能·深度学习·机器学习·fpga开发·rk3588·rk3576·协调控制器
努力努力再努力wz8 小时前
【机器学习入门系列】从随机事件到正态分布:一文梳理概率论的核心知识
人工智能·机器学习·概率论
高洁0110 小时前
AI赋能产业升级与中美未来经济赛道博弈
人工智能·python·深度学习·机器学习·transformer
田里的水稻10 小时前
LLM_Transformer的神经网络
人工智能·深度学习·神经网络·机器学习·transformer
一水鉴天11 小时前
UML/MOF 元层级与 Model & Notation:整体设计核心术语的定稿探讨 20261012(豆包“查看聊天内容”继续)
人工智能·机器学习
EEET智选13 小时前
科技晨间速报 | AI 安全警钟、开源新模型与苹果智能家居
人工智能·科技·算法·机器学习·ai
HySpark13 小时前
qwen-omini情感识别效果不佳,重新梳理语音情感方案
人工智能·机器学习·语音情感识别
林伽一13 小时前
免人工审查即上生产的企业占比降至 47%,治理支出转向人工审查|2026年10月11日
人工智能·机器学习