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
子榆.35 分钟前
CANN 与主流 AI 框架集成:从 PyTorch/TensorFlow 到高效推理的无缝迁移指南
人工智能·pytorch·tensorflow
程序员清洒2 小时前
CANN模型剪枝:从敏感度感知到硬件稀疏加速的全链路压缩实战
算法·机器学习·剪枝
液态不合群3 小时前
推荐算法中的位置消偏,如何解决?
人工智能·机器学习·推荐算法
B站_计算机毕业设计之家3 小时前
豆瓣电影数据采集分析推荐系统 | Python Vue Flask框架 LSTM Echarts多技术融合开发 毕业设计源码 计算机
vue.js·python·机器学习·flask·echarts·lstm·推荐算法
喵叔哟4 小时前
02-YOLO-v8-v9-v10工程差异对比
人工智能·yolo·机器学习
白日做梦Q4 小时前
Anchor-free检测器全解析:CenterNet vs FCOS
python·深度学习·神经网络·目标检测·机器学习
小白狮ww5 小时前
要给 OCR 装个脑子吗?DeepSeek-OCR 2 让文档不再只是扫描
人工智能·深度学习·机器学习·ocr·cpu·gpu·deepseek
dazzle6 小时前
机器学习算法原理与实践-入门(三):使用数学方法实现KNN
人工智能·算法·机器学习
是小蟹呀^6 小时前
从稀疏到自适应:人脸识别中稀疏表示的核心演进
人工智能·分类
玄同7656 小时前
Python 后端三剑客:FastAPI/Flask/Django 对比与 LLM 开发选型指南
人工智能·python·机器学习·自然语言处理·django·flask·fastapi