【程序】猫狗分类程序:包括网络结构、数据集处理、训练、测试-程序员宅基地

技术标签: 小菜鸡加油  

网络的输出层设置两个神经元的原因:神经网络有两个输出值对应两种类别,通过学习数据的不同特征,让两种类别在输出上有体现,即0趋近于猫,1趋近于狗。宏观上来看,神经网络具有了辨识猫狗的能力。

训练过程中,有对GT由一维处理成二维的操作,目的也是为了和神经网络二维的输出进行匹配。

程序1中测试程序有误。程序2进行了修改,修改后在12000张图片中正确率达到了90%,浮动在2%以内,二分类的全连接网络效果还是可以的。

程序1:

import torch
import os
import numpy as np
from PIL import Image
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
import torch.nn as nn
import matplotlib.pyplot as plt


class MyDataSet(Dataset):
    def __init__(self, path):
        """根据路径获得数据集"""
        self.path = path

        """读取路径下的所有文件"""
        self.dataset = os.listdir(self.path)

        # 均值和方差的求解过程下面会交代
        self.mean = [0.4878, 0.4545, 0.4168]
        self.std = [0.2623, 0.2555, 0.2577]

    def __len__(self):
        """获取数据集的长度"""
        # print("ooo")
        return len(self.dataset)

    def __getitem__(self, index):
        """根据索引获得数据集"""
        # 获得数据的标签
        name = self.dataset[index]

        # 数据集的文件名为i.j.jpeg, 这个标签的第i个位置如果是0表示猫,1则表示狗,第j个位置是图片的个数
        name_list = name.split(".")
        target = int(name_list[0])

        # 这里需要注意,tensor(target) 和Tensor([target])的区别,否则在one-hot解码的时候会出现错误
        target = torch.tensor(target)

        """数据预处理"""
        # 打开图片
        img = Image.open(os.path.join(self.path, name))

        # 设置图片大小
        # img = np.resize(img, (3, 10, 10))

        # 归一化,先将图片转化为一个矩阵,然后除以255
        img = np.array(img) / 255
        # print("OOK")

        # # 去均值
        img = (img - self.mean) / self.std

        # 换轴 H W C 转换为 C H W ,这里需要注意下,其实我们可以不这么处理,在前面设置图片大小的时候设置为3 * 100 * 100 的就可以。
        train_data = torch.tensor(img, dtype=torch.float32).permute(2, 0, 1)
        return train_data, target
    # def aaa(self):
    #     print("OK")


class MyNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MyNetwork, self).__init__()

        """
        nn.Sequential:一个有序的容器,神经网络模块将按照在传入构造器的顺序依次被添加到计算图中执行

        """
        self.line1 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_features=3 * 100 * 100, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=128),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=128, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=2),
        )

    def forward(self, parse):
        data = torch.reshape(parse, shape=(-1, 3 * 100 * 100))
        return self.line1(data)


class Train(object):
    def __init__(self, path):
        self.path = path
        self.test_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.train_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.criterion = torch.nn.MSELoss()
        self.device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
        self.net = MyNetwork().to(self.device)
        self.optimize = torch.optim.Adam(self.net.parameters())

    def dataLoader(self, batch):
        train_data_loader = DataLoader(dataset=self.train_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        test_data_loader = DataLoader(dataset=self.test_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        return train_data_loader, test_data_loader

    def trainNet(self, batch, epoch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        losses = []
        accuracy = []
        for i in range(epoch):
            for j, (Input, target) in enumerate(train_data_loader):
                Input = Input.to(self.device)
                out_put = self.net(Input)
                # print("out_put:",out_put)
                """
                one - hot 编码:
                torch.scatter(self, dim, index, value)
                该代码表示把value按照index根据dim的方向填入self中
                Example:
                    index = torch.tensor([0, 2, 4, 1])
                    src = torch.zeros(4, 5)
                    print(src.shape)
                    out = torch.scatter(src, dim=1, index=index.view(-1, 1), value=1)
                    print(out)

                """
                # print(target,target.size())
                target = torch.zeros(target.size(0), 2).scatter_(1, target.view(-1, 1), 1).to(self.device)
                # print(target,target.size())
                # input()

                loss = self.criterion(out_put, target)
                a=loss.item()
                losses.append(loss.item())

                """ 梯度清零"""
                self.optimize.zero_grad()
                loss.backward()
                self.optimize.step()
                if j % 5 == 0:
                    print("训练轮次:epoch{}/{},迭代次数:iteration{}/{}".format(i, epoch, j, len(train_data_loader)))
                    # print(out_put,out_put.argmax(1))
                    # print(target,target.argmax(1))
                    # input()
                    acc = torch.mean((out_put.argmax(1) == target.argmax(1)), dtype=torch.float32)
                    accuracy.append(acc.item())
                    print("训练准确率为:accuracy = %s , loss值为:%s" % (acc.item(), loss.item()))
                    plt.clf()
                    plt.ion()
                    """加载loss曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 1)
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(losses, label="loss")
                    plt.legend(loc='best')

                    """加载accuracy曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 2)

                    """设置图像之间的距离"""
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(accuracy, label="accuracy")
                    """显示图例"""
                    plt.legend(loc='best')
                    plt.pause(0.01)
                    plt.show()
            torch.save(self.net, "model/net.pth")

    # 测试
    def Test(self, batch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        plt.ion()
        for k, (In, tgt) in enumerate(test_data_loader):
            print(k)
            print(self.device)
            # In = In.to(self.device)
            In=In.cuda()
            """加载测试图片"""
            # 加载训练好的网络
            test_Net = torch.load('model/net.pth')

            # 这是可视化训练图片的第一步,进行反算(Input * 标准差+均值)*255
            # 这里输入In的维度是(batch, 3, 100, 100 ),std 和mean是矩阵,所以给它转换维度才能与输入做运算
            img = (In.cpu().data.numpy() * np.array(self.train_dataset.std).reshape(1, 3, 1, 1) + np.array(
                self.train_dataset.mean).reshape(1, 3, 1, 1)) * 255
            img = np.resize(img, (100, 100))

            """显示测试结果"""
            if 0 < k <= batch:
                plt.subplot(3, 3, k)
                plt.tight_layout(1)
                plt.imshow(img)
                predict = test_Net(In)
                print("predict", torch.argmax((predict[k-1])).item())
                predict_result = "cat" if torch.argmax(predict[k - 1]).item() == 0 else "dog"
                print(predict_result)
                plt.title(predict_result)
                plt.axis('off')
                plt.pause(1)
                plt.show()
                plt.savefig("result.jpg")
            elif k == 0:
                continue
            else:
                print("图片测试完毕,请查看!")
                break


if __name__ == '__main__':
    path = r"./cat_dog/img"
    # 训练
    t = Train(path)
    t.trainNet(50, 10)

    # 测试
    t.Test(batch=11)

对测试部分程序进行修改。

程序2:

import torch
import os
import numpy as np
from PIL import Image
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
import torch.nn as nn
import matplotlib.pyplot as plt


class MyDataSet(Dataset):
    def __init__(self, path):
        """根据路径获得数据集"""
        self.path = path

        """读取路径下的所有文件"""
        self.dataset = os.listdir(self.path)

        # 均值和方差的求解过程下面会交代
        self.mean = [0.4878, 0.4545, 0.4168]
        self.std = [0.2623, 0.2555, 0.2577]

    def __len__(self):
        """获取数据集的长度"""
        # print("ooo")
        return len(self.dataset)

    def __getitem__(self, index):
        """根据索引获得数据集"""
        # 获得数据的标签
        name = self.dataset[index]

        # 数据集的文件名为i.j.jpeg, 这个标签的第i个位置如果是0表示猫,1则表示狗,第j个位置是图片的个数
        name_list = name.split(".")
        target = int(name_list[0])

        # 这里需要注意,tensor(target) 和Tensor([target])的区别,否则在one-hot解码的时候会出现错误
        target = torch.tensor(target)

        """数据预处理"""
        # 打开图片
        img = Image.open(os.path.join(self.path, name))

        # 设置图片大小
        # img = np.resize(img, (3, 10, 10))

        # 归一化,先将图片转化为一个矩阵,然后除以255
        img = np.array(img) / 255
        # print("OOK")

        # # 去均值
        img = (img - self.mean) / self.std

        # 换轴 H W C 转换为 C H W ,这里需要注意下,其实我们可以不这么处理,在前面设置图片大小的时候设置为3 * 100 * 100 的就可以。
        train_data = torch.tensor(img, dtype=torch.float32).permute(2, 0, 1)
        return train_data, target
    # def aaa(self):
    #     print("OK")


class MyNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MyNetwork, self).__init__()

        """
        nn.Sequential:一个有序的容器,神经网络模块将按照在传入构造器的顺序依次被添加到计算图中执行

        """
        self.line1 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_features=3 * 100 * 100, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=128),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=128, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=2),
        )

    def forward(self, parse):
        data = torch.reshape(parse, shape=(-1, 3 * 100 * 100))
        return self.line1(data)


class Train(object):
    def __init__(self, path):
        self.path = path
        self.test_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.train_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.criterion = torch.nn.MSELoss()
        self.device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
        self.net = MyNetwork().to(self.device)
        self.optimize = torch.optim.Adam(self.net.parameters())

    def dataLoader(self, batch):
        train_data_loader = DataLoader(dataset=self.train_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        test_data_loader = DataLoader(dataset=self.test_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        return train_data_loader, test_data_loader

    def trainNet(self, batch, epoch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        losses = []
        accuracy = []
        for i in range(epoch):
            for j, (Input, target) in enumerate(train_data_loader):
                Input = Input.to(self.device)
                out_put = self.net(Input)
                # print("out_put:",out_put)
                """
                one - hot 编码:
                torch.scatter(self, dim, index, value)
                该代码表示把value按照index根据dim的方向填入self中
                Example:
                    index = torch.tensor([0, 2, 4, 1])
                    src = torch.zeros(4, 5)
                    print(src.shape)
                    out = torch.scatter(src, dim=1, index=index.view(-1, 1), value=1)
                    print(out)

                """
                # print(target,target.size())
                target = torch.zeros(target.size(0), 2).scatter_(1, target.view(-1, 1), 1).to(self.device)
                # print(target,target.size())
                # input()

                loss = self.criterion(out_put, target)
                a = loss.item()
                losses.append(loss.item())

                """ 梯度清零"""
                self.optimize.zero_grad()
                loss.backward()
                self.optimize.step()
                if j % 5 == 0:
                    print("训练轮次:epoch{}/{},迭代次数:iteration{}/{}".format(i, epoch, j, len(train_data_loader)))
                    # print(out_put,out_put.argmax(1))
                    # print(target,target.argmax(1))
                    # input()
                    acc = torch.mean((out_put.argmax(1) == target.argmax(1)), dtype=torch.float32)
                    accuracy.append(acc.item())
                    print("训练准确率为:accuracy = %s , loss值为:%s" % (acc.item(), loss.item()))
                    plt.clf()
                    plt.ion()
                    """加载loss曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 1)
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(losses, label="loss")
                    plt.legend(loc='best')

                    """加载accuracy曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 2)

                    """设置图像之间的距离"""
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(accuracy, label="accuracy")
                    """显示图例"""
                    plt.legend(loc='best')
                    plt.pause(0.01)
                    plt.show()
            torch.save(self.net, "model/net.pth")

    # 测试
    def Test(self, batch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        plt.ion()
        i = 0
        for k, (In, tgt) in enumerate(test_data_loader):
            print(k)
            print(self.device)
            # In = In.to(self.device)
            In = In.cuda()
            # print(In.size())
            # input()
            """加载测试图片"""
            # 加载训练好的网络
            test_Net = torch.load('model/net.pth')

            # 这是可视化训练图片的第一步,进行反算(Input * 标准差+均值)*255
            # 这里输入In的维度是(batch, 3, 100, 100 ),std 和mean是矩阵,所以给它转换维度才能与输入做运算
            img = (In.cpu().data.numpy() * np.array(self.train_dataset.std).reshape(1, 3, 1, 1) + np.array(
                self.train_dataset.mean).reshape(1, 3, 1, 1)) * 255
            img = np.resize(img, (100, 100))

            predict = test_Net(In)
            # predict_result = "cat" if predict[k - 1].argmax(1).item() == 0 else "dog"
            print(tgt)
            # TP = np.intersect1d(tgt.cpu().numpy(),tgt.cpu().numpy())
            print(predict.argmax(1).cpu())

            print(predict)
            print(predict.argmax(1).cpu() == tgt.cpu())
            for x in predict.argmax(1).cpu() == tgt.cpu():
                if x == True:
                    i += 1
            print(i)

            # input()
            # print(len(tgt.cpu() == predict.argmax(1).cpu()))
            # print(len(TP))
            # print(TP / len(tgt))
            # input()

        print("{:%}".format(i/12000))
        
            #
            # """显示测试结果"""
            # if 0 < k <= batch:
            #     plt.subplot(3, 3, k)
            #     plt.tight_layout(1)
            #     plt.imshow(img)
            #     predict = test_Net(In)
            #     print(predict.size(),predict)
            #     input()
            #     # print("predict", torch.argmax((predict[k-1])).item())
            #     predict_result = "cat" if predict[k - 1].argmax(1).item() == 0 else "dog"
            #
            #     print(predict_result)
            #     plt.title(predict_result)
            #     plt.axis('off')
            #     plt.pause(1)
            #     plt.show()
            #     plt.savefig("result.jpg")
            # elif k == 0:
            #     continue
            # else:
            #     print("图片测试完毕,请查看!")
            #     break


if __name__ == '__main__':
    path = r"./cat_dog/img"
    # 训练
    t = Train(path)
    t.trainNet(200, 10)

    # 测试
    t.Test(batch=200)

注释去掉后:

import torch
import os
import numpy as np
from PIL import Image
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
import torch.nn as nn
import matplotlib.pyplot as plt


class MyDataSet(Dataset):
    def __init__(self, path):
        """根据路径获得数据集"""
        self.path = path

        """读取路径下的所有文件"""
        self.dataset = os.listdir(self.path)

        # 均值和方差的求解过程下面会交代
        self.mean = [0.4878, 0.4545, 0.4168]
        self.std = [0.2623, 0.2555, 0.2577]

    def __len__(self):
        """获取数据集的长度"""
        # print("ooo")
        return len(self.dataset)

    def __getitem__(self, index):
        """根据索引获得数据集"""
        # 获得数据的标签
        name = self.dataset[index]

        # 数据集的文件名为i.j.jpeg, 这个标签的第i个位置如果是0表示猫,1则表示狗,第j个位置是图片的个数
        name_list = name.split(".")
        target = int(name_list[0])

        # 这里需要注意,tensor(target) 和Tensor([target])的区别,否则在one-hot解码的时候会出现错误
        target = torch.tensor(target)

        """数据预处理"""
        # 打开图片
        img = Image.open(os.path.join(self.path, name))

        # 设置图片大小
        # img = np.resize(img, (3, 10, 10))

        # 归一化,先将图片转化为一个矩阵,然后除以255
        img = np.array(img) / 255
        # print("OOK")

        # # 去均值
        img = (img - self.mean) / self.std

        # 换轴 H W C 转换为 C H W ,这里需要注意下,其实我们可以不这么处理,在前面设置图片大小的时候设置为3 * 100 * 100 的就可以。
        train_data = torch.tensor(img, dtype=torch.float32).permute(2, 0, 1)
        return train_data, target
    # def aaa(self):
    #     print("OK")


class MyNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MyNetwork, self).__init__()

        """
        nn.Sequential:一个有序的容器,神经网络模块将按照在传入构造器的顺序依次被添加到计算图中执行

        """
        self.line1 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_features=3 * 100 * 100, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=128),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=128, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=256),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(in_features=256, out_features=2),
        )

    def forward(self, parse):
        data = torch.reshape(parse, shape=(-1, 3 * 100 * 100))
        return self.line1(data)


class Train(object):
    def __init__(self, path):
        self.path = path
        self.test_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.train_dataset = MyDataSet(os.path.join(self.path))
        self.criterion = torch.nn.MSELoss()
        self.device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
        self.net = MyNetwork().to(self.device)
        self.optimize = torch.optim.Adam(self.net.parameters())

    def dataLoader(self, batch):
        train_data_loader = DataLoader(dataset=self.train_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        test_data_loader = DataLoader(dataset=self.test_dataset, batch_size=batch, shuffle=True)
        return train_data_loader, test_data_loader

    def trainNet(self, batch, epoch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        losses = []
        accuracy = []
        for i in range(epoch):
            for j, (Input, target) in enumerate(train_data_loader):
                Input = Input.to(self.device)
                out_put = self.net(Input)
                # print("out_put:",out_put)
                """
                one - hot 编码:
                torch.scatter(self, dim, index, value)
                该代码表示把value按照index根据dim的方向填入self中
                Example:
                    index = torch.tensor([0, 2, 4, 1])
                    src = torch.zeros(4, 5)
                    print(src.shape)
                    out = torch.scatter(src, dim=1, index=index.view(-1, 1), value=1)
                    print(out)

                """
                # print(target,target.size())
                target = torch.zeros(target.size(0), 2).scatter_(1, target.view(-1, 1), 1).to(self.device)
                # print(target,target.size())
                # input()

                loss = self.criterion(out_put, target)
                a = loss.item()
                losses.append(loss.item())

                """ 梯度清零"""
                self.optimize.zero_grad()
                loss.backward()
                self.optimize.step()
                if j % 5 == 0:
                    print("训练轮次:epoch{}/{},迭代次数:iteration{}/{}".format(i, epoch, j, len(train_data_loader)))
                    # print(out_put,out_put.argmax(1))
                    # print(target,target.argmax(1))
                    # input()
                    acc = torch.mean((out_put.argmax(1) == target.argmax(1)), dtype=torch.float32)
                    accuracy.append(acc.item())
                    print("训练准确率为:accuracy = %s , loss值为:%s" % (acc.item(), loss.item()))
                    plt.clf()
                    plt.ion()
                    """加载loss曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 1)
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(losses, label="loss")
                    plt.legend(loc='best')

                    """加载accuracy曲线"""
                    plt.subplot(2, 1, 2)

                    """设置图像之间的距离"""
                    plt.tight_layout(2)
                    plt.plot(accuracy, label="accuracy")
                    """显示图例"""
                    plt.legend(loc='best')
                    plt.pause(0.01)
                    plt.show()
            torch.save(self.net, "model/net.pth")

    # 测试
    def Test(self, batch):
        train_data_loader, test_data_loader = self.dataLoader(batch)
        plt.ion()
        i = 0
        for k, (In, tgt) in enumerate(test_data_loader):
            print(k)
            print(self.device)
            # In = In.to(self.device)
            In = In.cuda()
            # print(In.size())
            # input()
            """加载测试图片"""
            # 加载训练好的网络
            test_Net = torch.load('model/net.pth')

            # 这是可视化训练图片的第一步,进行反算(Input * 标准差+均值)*255
            # 这里输入In的维度是(batch, 3, 100, 100 ),std 和mean是矩阵,所以给它转换维度才能与输入做运算
            img = (In.cpu().data.numpy() * np.array(self.train_dataset.std).reshape(1, 3, 1, 1) + np.array(
                self.train_dataset.mean).reshape(1, 3, 1, 1)) * 255
            img = np.resize(img, (100, 100))

            predict = test_Net(In)
            # predict_result = "cat" if predict[k - 1].argmax(1).item() == 0 else "dog"
            print(tgt)
            # TP = np.intersect1d(tgt.cpu().numpy(),tgt.cpu().numpy())
            print(predict.argmax(1).cpu())

            print(predict)
            print(predict.argmax(1).cpu() == tgt.cpu())
            for x in predict.argmax(1).cpu() == tgt.cpu():
                if x == True:
                    i += 1
            print(i)

        print("{:%}".format(i/12000))




if __name__ == '__main__':
    path = r"./cat_dog/img"
    # 训练
    t = Train(path)
    t.trainNet(200, 10)

    # 测试
    t.Test(batch=200)

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/nyist_yangguang/article/details/118466508

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