実践的な学習ディープラーニングpytorch研究ノート
前のセクションで学んだ知識を使用して、CIFAR-10画像分類の問題を解決するKaggleコンテストに参加します。コンテストのウェブサイトはhttps://www.kaggle.com/c/cifar-10です。
# 本节的网络需要较长的训练时间
# 可以在Kaggle访问：
# https://www.kaggle.com/boyuai/boyu-d2l-image-classification-cifar-10
import numpy as np
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
import os
import time
データセットを取得して整理する
競技データはトレーニングセットとテストセットに分けられます。トレーニングセットには50,000枚の写真が含まれています。テストセットには300,000枚の写真が含まれています。両方のデータセットの画像形式はPNGで、高さと幅が32ピクセル、3つのカラーチャネル（RGB）があります。画像は、飛行機、車、鳥、猫、鹿、犬、カエル、馬、ボート、トラックの10のカテゴリをカバーしています。開始を容易にするために、上記のデータセットの小さなサンプルを提供します。「Train_tiny.zip」には80個のトレーニングサンプルが含まれ、「test_tiny.zip」には100個のテストサンプルが含まれています。圧縮されていないフォルダ名は、それぞれ「train_tiny」と「test_tiny」です。
- 画像エンハンスメント
data_transform = transforms.Compose([
transforms.Resize(40),
transforms.RandomHorizontalFlip(),
transforms.RandomCrop(32),
transforms.ToTensor()
])
trainset = torchvision.datasets.ImageFolder(root='/home/kesci/input/CIFAR102891/cifar-10/train'
, transform=data_transform)
trainset[0][0].shape # torch.Size([3, 32, 32])
data = [d[0].data.cpu().numpy() for d in trainset]
np.mean(data) # 0.4676536
np.std(data) # 0.23926772
# 图像增强
transform_train = transforms.Compose([
transforms.RandomCrop(32, padding=4), #先四周填充0，再把图像随机裁剪成32*32
transforms.RandomHorizontalFlip(), #图像一半的概率翻转，一半的概率不翻转
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize((0.4731, 0.4822, 0.4465), (0.2212, 0.1994, 0.2010)), #R,G,B每层的归一化用到的均值和方差
])
transform_test = transforms.Compose([
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize((0.4731, 0.4822, 0.4465), (0.2212, 0.1994, 0.2010)),
])
データセットのインポート
train_dir = '/home/kesci/input/CIFAR102891/cifar-10/train'
test_dir = '/home/kesci/input/CIFAR102891/cifar-10/test'
trainset = torchvision.datasets.ImageFolder(root=train_dir, transform=transform_train)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=256, shuffle=True)
testset = torchvision.datasets.ImageFolder(root=test_dir, transform=transform_test)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=256, shuffle=False)
classes = ['airplane', 'automobile', 'bird', 'cat', 'deer', 'dog', 'forg', 'horse', 'ship', 'truck']
- モデルを定義する
ResNet-18ネットワーク構造：ResNetフルネーム残余ネットワーク残余ネットワーク。Kaiming彼の「画像認識のための深い残余学習」は、CVPRで最高の論文を獲得しました。彼が2015年に提案した深い残余ネットワークは、イメージの主要な競争を洗い流し、絶対的な利点で複数のチャンピオンシップを獲得したと言えます。また、ネットワークの精度を確保することを前提に、ネットワークの深さは152層に達し、その後さらに1000層にまで拡大されました。
class ResidualBlock(nn.Module): # 我们定义网络时一般是继承的torch.nn.Module创建新的子类
def __init__(self, inchannel, outchannel, stride=1):
super(ResidualBlock, self).__init__()
#torch.nn.Sequential是一个Sequential容器，模块将按照构造函数中传递的顺序添加到模块中。
self.left = nn.Sequential(
nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False),
# 添加第一个卷积层,调用了nn里面的Conv2d（）
nn.BatchNorm2d(outchannel), # 进行数据的归一化处理
nn.ReLU(inplace=True), # 修正线性单元，是一种人工神经网络中常用的激活函数
nn.Conv2d(outchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
nn.BatchNorm2d(outchannel)
)
self.shortcut = nn.Sequential()
if stride != 1 or inchannel != outchannel: #s=1高宽相同 in=out通道数相同
self.shortcut = nn.Sequential(
nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=1, stride=stride, bias=False),
nn.BatchNorm2d(outchannel)
)
# 便于之后的联合,要判断Y = self.left(X)的形状是否与X相同
def forward(self, x): # 将两个模块的特征进行结合，并使用ReLU激活函数得到最终的特征。(标准残差块的定义)
out = self.left(x)
out += self.shortcut(x)
out = F.relu(out)
return out
class ResNet(nn.Module):
def __init__(self, ResidualBlock, num_classes=10):
super(ResNet, self).__init__()
self.inchannel = 64
self.conv1 = nn.Sequential( # 用3个3x3的卷积核代替7x7的卷积核，减少模型参数
nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
nn.BatchNorm2d(64),
nn.ReLU(),
)
self.layer1 = self.make_layer(ResidualBlock, 64, 2, stride=1) #2个残差块
self.layer2 = self.make_layer(ResidualBlock, 128, 2, stride=2)
self.layer3 = self.make_layer(ResidualBlock, 256, 2, stride=2)
self.layer4 = self.make_layer(ResidualBlock, 512, 2, stride=2)
self.fc = nn.Linear(512, num_classes)
def make_layer(self, block, channels, num_blocks, stride):
strides = [stride] + [1] * (num_blocks - 1) #第一个ResidualBlock的步幅由make_layer的函数参数stride指定
# ，后续的num_blocks-1个ResidualBlock步幅是1
layers = []
for stride in strides:
layers.append(block(self.inchannel, channels, stride))
self.inchannel = channels
return nn.Sequential(*layers)
def forward(self, x):
out = self.conv1(x)
out = self.layer1(out)
out = self.layer2(out)
out = self.layer3(out)
out = self.layer4(out)
out = F.avg_pool2d(out, 4)
out = out.view(out.size(0), -1)
out = self.fc(out)
return out
def ResNet18():
return ResNet(ResidualBlock)
トレーニングとテスト
このコードは少し面倒で、読みにくいと感じています。純粋に個人的な意見です。
# 定义是否使用GPU
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
# 超参数设置
EPOCH = 20 #遍历数据集次数
pre_epoch = 0 # 定义已经遍历数据集的次数
LR = 0.1 #学习率
# 模型定义-ResNet
net = ResNet18().to(device)
# 定义损失函数和优化方式
criterion = nn.CrossEntropyLoss() #损失函数为交叉熵，多用于多分类问题
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=LR, momentum=0.9, weight_decay=5e-4)
#优化方式为mini-batch momentum-SGD，并采用L2正则化（权重衰减）
# 训练
if __name__ == "__main__":
print("Start Training, Resnet-18!")
num_iters = 0
for epoch in range(pre_epoch, EPOCH):
print('\nEpoch: %d' % (epoch + 1))
net.train()
sum_loss = 0.0
correct = 0.0
total = 0
for i, data in enumerate(trainloader, 0):
#用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列，同时列出数据和数据下标，
#下标起始位置为0，返回 enumerate(枚举) 对象。
num_iters += 1
inputs, labels = data
inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device)
optimizer.zero_grad() # 清空梯度
# forward + backward
outputs = net(inputs)
loss = criterion(outputs, labels)
loss.backward()
optimizer.step()
sum_loss += loss.item() * labels.size(0)
_, predicted = torch.max(outputs, 1) #选出每一列中最大的值作为预测结果
total += labels.size(0)
correct += (predicted == labels).sum().item()
# 每20个batch打印一次loss和准确率
if (i + 1) % 20 == 0:
print('[epoch:%d, iter:%d] Loss: %.03f | Acc: %.3f%% '
% (epoch + 1, num_iters, sum_loss / (i + 1), 100. * correct / total))
print("Training Finished, TotalEPOCH=%d" % EPOCH)