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
(; ̄ェ ̄)。7 小时前
机器学习入门(十五)集成学习,Bagging,Boosting,Voting,Stacking,随机森林,Adaboost
人工智能·机器学习·集成学习
春日见8 小时前
如何避免代码冲突,拉取分支
linux·人工智能·算法·机器学习·自动驾驶
Keep_Trying_Go10 小时前
基于GAN的文生图算法详解ControlGAN(Controllable Text-to-Image Generation)
人工智能·python·深度学习·神经网络·机器学习·生成对抗网络·文生图
懒羊羊吃辣条10 小时前
电力负荷预测怎么做才不翻车
人工智能·深度学习·机器学习·时间序列
人工智能培训13 小时前
基于Transformer的人工智能模型搭建与fine-tuning
人工智能·深度学习·机器学习·transformer·知识图谱·数字孪生·大模型幻觉
板面华仔13 小时前
机器学习入门(二)——逻辑回归 (Logistic Regression)
python·机器学习
一人の梅雨13 小时前
VVIC图片搜索接口进阶实战:服装批发场景下的精准识图与批量调度方案
开发语言·机器学习·php
矢志航天的阿洪14 小时前
IGRF-13 数学细节与公式说明
线性代数·机器学习·矩阵
小鸡吃米…15 小时前
机器学习 —— 数据缩放
人工智能·python·机器学习
JHC00000015 小时前
智能体造论子--简单封装大模型输出审核器
开发语言·python·机器学习