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深度学习笔记13-CIFAR彩色图片识别(Pytorch)

2025/7/5 10:05:42 来源:https://blog.csdn.net/m0_67869333/article/details/145346510  浏览:    关键词:深度学习笔记13-CIFAR彩色图片识别(Pytorch)

  •   🍨 本文为🔗365天深度学习训练营中的学习记录博客
  • 🍖 原作者:K同学啊 

目录

 一、前期准备

1.导入数据

2.数据可视化

 二、构建简单的CNN网络

三、训练模型

1.设置超参数

2.编写训练函数

3.编写测试函数

4.正式训练

 ​编辑  四、结果可视化

 ​编辑 五、总结

1.torch.nn.Conv2d()函数介绍

2.Flattern层


一、前期准备

1.导入数据

import torch
import torch.nn as nn
import matplotlib.pyplot as plt
import torchvision
train_ds=torchvision.datasets.MNIST('data',train=True,download=True,transform=torchvision.transform.ToTensor())
train_ds=torchvision.datasets.MNIST('data',train=False,download=True,transform=torchvision.transform.ToTensor())
batch_size=32
train_dl=torch.utils.data.DataLoader(train_ds,batch_size=batch_size,shuffle=True)
test_dl=toch.utils.data.DataLoader(test_ds,batch_size=batch_size)
img,labels=next(iter(train_dl))#创建一个迭代器,用于遍历训练数据加载器中的数据,并从迭代器中取出第一个批次的数据
imgs.shape

2.数据可视化

import numpy as np# 指定图片大小,图像大小为20宽、5高的绘图(单位为英寸inch)
plt.figure(figsize=(20, 5)) 
for i,imgs in enumerate(imgs[:20])# 维度缩减npimg = np.squeeze(imgs.numpy()) #squeeze()函数的功能是从矩阵shape中,去掉维度为1的。# 将整个figure分成2行10列,绘制第i+1个子图。plt.subplot(2, 10, i+1)plt.imshow(npimg, cmap=plt.cm.binary)plt.axis('off')

 二、构建简单的CNN网络

import torch.nn.functional as Fnum_classes = 10  # 图片的类别数class Model(nn.Module):def __init__(self):super().__init__()# 特征提取网络self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3)   # 第一层卷积,卷积核大小为3*3self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2)       # 设置池化层,池化核大小为2*2self.conv2 = nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=3)  # 第二层卷积,卷积核大小为3*3   self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2) self.conv3 = nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3) # 第二层卷积,卷积核大小为3*3   self.pool3 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2) # 分类网络self.fc1 = nn.Linear(512, 256)          self.fc2 = nn.Linear(256, num_classes)# 前向传播def forward(self, x):x = self.pool1(F.relu(self.conv1(x)))     x = self.pool2(F.relu(self.conv2(x)))x = self.pool3(F.relu(self.conv3(x)))x = torch.flatten(x, start_dim=1)x = F.relu(self.fc1(x))x = self.fc2(x)return x
from torchinfo import summary
# 将模型转移到GPU中(我们模型运行均在GPU中进行)
model = Model().to(device)
summary(model)

  

三、训练模型

1.设置超参数

loss_fn    = nn.CrossEntropyLoss() # 创建损失函数
learn_rate = 1e-2 # 学习率
opt        = torch.optim.SGD(model.parameters(),lr=learn_rate)

2.编写训练函数

# 训练循环
def train(dataloader, model, loss_fn, optimizer):size = len(dataloader.dataset)  # 训练集的大小,一共60000张图片num_batches = len(dataloader)   # 批次数目,1875(60000/32)train_loss, train_acc = 0, 0  # 初始化训练损失和正确率for X, y in dataloader:  # 获取图片及其标签X, y = X.to(device), y.to(device)# 计算预测误差pred = model(X)          # 网络输出loss = loss_fn(pred, y)  # 计算网络输出和真实值之间的差距,targets为真实值,计算二者差值即为损失# 反向传播optimizer.zero_grad()  # grad属性归零loss.backward()        # 反向传播optimizer.step()       # 每一步自动更新# 记录acc与losstrain_acc  += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()train_loss += loss.item()train_acc  /= sizetrain_loss /= num_batchesreturn train_acc, train_loss

3.编写测试函数

测试函数和训练函数大致相同,但是由于不进行梯度下降对网络权重进行更新,所以不需要传入优化器。

def test (dataloader, model, loss_fn):size        = len(dataloader.dataset)  # 测试集的大小,一共10000张图片num_batches = len(dataloader)          # 批次数目,313(10000/32=312.5,向上取整)test_loss, test_acc = 0, 0# 当不进行训练时,停止梯度更新,节省计算内存消耗with torch.no_grad():for imgs, target in dataloader:imgs, target = imgs.to(device), target.to(device)# 计算losstarget_pred = model(imgs)loss        = loss_fn(target_pred, target)test_loss += loss.item()test_acc  += (target_pred.argmax(1) == target).type(torch.float).sum().item()test_acc  /= sizetest_loss /= num_batchesreturn test_acc, test_loss

4.正式训练

  1. model.train()作用是启用 Batch Normalization 和 Dropout。
  2. model.eval()作用是不启用 Batch Normalization和Dropout.
epochs     = 10
train_loss = []
train_acc  = []
test_loss  = []
test_acc   = []for epoch in range(epochs):model.train()epoch_train_acc, epoch_train_loss = train(train_dl, model, loss_fn, opt)model.eval()epoch_test_acc, epoch_test_loss = test(test_dl, model, loss_fn)train_acc.append(epoch_train_acc)train_loss.append(epoch_train_loss)test_acc.append(epoch_test_acc)test_loss.append(epoch_test_loss)template = ('Epoch:{:2d}, Train_acc:{:.1f}%, Train_loss:{:.3f}, Test_acc:{:.1f}%,Test_loss:{:.3f}')print(template.format(epoch+1, epoch_train_acc*100, epoch_train_loss, epoch_test_acc*100, epoch_test_loss))
print('Done')

   四、结果可视化

import matplotlib.pyplot as plt
#隐藏警告
import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")               #忽略警告信息
plt.rcParams['font.sans-serif']    = ['SimHei'] # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False      # 用来正常显示负号
plt.rcParams['figure.dpi']         = 100        #分辨率from datetime import datetime
current_time = datetime.now() # 获取当前时间epochs_range = range(epochs)plt.figure(figsize=(12, 3))
plt.subplot(1, 2, 1)plt.plot(epochs_range, train_acc, label='Training Accuracy')
plt.plot(epochs_range, test_acc, label='Test Accuracy')
plt.legend(loc='lower right')
plt.title('Training and Validation Accuracy')
plt.xlabel(current_time) # 打卡请带上时间戳,否则代码截图无效plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(epochs_range, train_loss, label='Training Loss')
plt.plot(epochs_range, test_loss, label='Test Loss')
plt.legend(loc='upper right')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.show()

  五、总结

1.torch.nn.Conv2d()函数介绍

原型:torch.nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, padding=0, dilation=1, groups=1, bias=True, padding_mode='zeros', device=None, dtype=None)

  • in_channels ( int ) – 输入图像中的通道数
  • out_channels ( int ) – 卷积产生的通道数
  • kernel_size ( int or tuple ) – 卷积核的大小
  • stride ( int or tuple , optional ) -- 卷积的步幅。默认值:1
  • padding ( int , tuple或str , optional ) – 添加到输入的所有四个边的填充。默认值:0
  • dilation (int or tuple, optional) - 扩张操作:控制kernel点(卷积核点)的间距,默认值:1
  • groups(int,可选):将输入通道分组成多个子组,每个子组使用一组卷积核来处理。默认值为 1,表示不进行分组卷积。
  • padding_mode (字符串,可选) – 'zeros', 'reflect', 'replicate'或'circular'. 默认:'zeros'

编辑

2.Flattern层

     Flatten层并不会改变输入数据的形状,而只是将其展开为一维向量。因此,该层通常作为神经网络的中间层使用,将前面的多维数据转换为一维向量后再进行后续的处理。

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