伯禹学习打卡3 - 杂记

训练一个分类器

我们将按顺序做以下步骤:

  • 通过torchvision加载CIFAR10里面的训练和测试数据集,并对数据进行标准化
  • 定义卷积神经网络
  • 定义损失函数
  • 利用训练数据训练网络
  • 利用测试数据测试网络
1. 加载CIFAR10数据
import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms

transform = transforms.Compose(
    [transforms.ToTensor(),
     transforms.Normalize((0.5,0.5,0.5),(0.5,0.5,0.5))]    
)

trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root ='./data',train = True, download = True, transform = transform)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size = 4, shuffle = True, num_workers = 2)

testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data',train = False, download = True, transform = transform)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size = 4, shuffle = False, num_workers= 2)

classes = ('plane', 'car', 'bird', 'cat', 'deer', 'dog', 'frog', 'horse', 'ship', 'truck')

可视化训练数据

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def imshow(img):
  img = img / 2 + 0.5 
  npimg = img.numpy()
  plt.imshow(np.transpose(npimg, (1, 2, 0))) # 矩阵转置 
  plt.show()

#随机获取训练图片
dataiter = iter(trainloader)
images, labels = dataiter.next()

#显示图片
imshow(torchvision.utils.make_grid(images))
#打印图片标签
print(' '.join('%5s' % classes[labels[j]] for j in range(4)))

输出:


2.定义卷积神经网络
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
  def __init__(self):
    super(Net, self).__init__()
    self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5) # 输入变为3 通道
    self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)
    self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
    self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)
    self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
    self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

  def forward(self, x):
    x = self.pool(F.relu(self.conv1(x)))
    x = self.pool(F.relu(self.conv2(x)))
    x = x.view(-1, 16 * 5 * 5)
    x = F.relu(self.fc1(x))
    x = F.relu(self.fc2(x))
    x = self.fc3(x)
    return x


net = Net()
3.定义损失函数和优化器

交叉熵函数 随机梯度下降

import torch.optim as optim

criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr = 0.001, momentum = 0.9)
4.训练数据

遍历数据迭代器,将数据喂给网络和优化器

for epoch in range(2):

  running_loss = 0.0
  for i, data in enumerate(trainloader, 0):
    inputs, labels = data

    optimizer.zero_grad()

    outputs = net(inputs)
    loss = criterion(outputs, labels)
    loss.backward()
    optimizer.step()

    running_loss += loss.item()
    if i %2000 == 1999:
      print('[%d, %5d] loss: %.3f' % (epoch +1, i + 1 ,running_loss / 2000))
      running_loss = 0.0

print('Finished Training')
5.测试

显示测试集的ground-truth

dataiter = iter(testloader)
images, labels = dataiter.next()

imshow(torchvision.utils.make_grid(images))
print('GroundTruth: ', ' '.join('%5s' % classes[labels[j]] for j in range(4)))
前四个图片和标签

训练的网络给出的预测

outputs = net(images)
_, predicted = torch.max(outputs, 1)
print('Predicted:',' '.join('%5s' % classes[predicted[j]] for j in range(4) ))
预测label

接着,我们查看网络在整个数据集上的表现

correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():
  for data in testloader:
    images, labels = data
    outputs = net(images)
    _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
    total += labels.size(0)
    correct += (predicted == labels).sum().item()

  print('Accuray of the network on the 10000 test images: %d %%' % (100 * correct / total))

查看哪些类表现良好

class_correct = list(0. for i in range(10))
class_total = list(0. for i in range(10))
with torch.no_grad():
  for data in testloader:
    images, labels = data
    outputs = net(images)
    _, predicted = torch.max(outputs, 1)
    c = (predicted == labels).squeeze()
    for i in range(4):
      label = labels[i]
      class_correct[label] += c[i].item()
      class_total[label] += 1

  for i in range(10):
    print('Accuracy of %5s : %2d %%' % 
          (classes[i], 100 * class_correct[i] / class_total[i]))

数据增强

随机改变训练样本可以降低模型对某些属性的依赖,从而提高模型的泛化能力。

# 旋转剪裁
# 水平翻转 左右
torchvision.transforms.RandomHorizontalFlip()

# 垂直翻转 上下
torchvision.transforms.RandomVerticalFlip()

# 随机裁剪出一块面积为原面积 10%∼100% 的区域,且该区域的宽和高之比随机取自 0.5∼2 ,然后再将该区域的宽和高分别缩放到200像素
torchvision.transforms.RandomResizedCrop(200, scale=(0.1, 1), ratio=(0.5, 2))

# -----------------------------------------------------
# 变换颜色 
# 亮度(brightness)、对比度(contrast)、饱和度(saturation)和色调(hue)

# 亮度随机变化为原图亮度的 50% ( 1−0.5 ) ∼150% ( 1+0.5 )
torchvision.transforms.ColorJitter(brightness=0.5, contrast=0, saturation=0, hue=0)

# 变化色调
 torchvision.transforms.ColorJitter(brightness=0, contrast=0, saturation=0, hue=0.5)

# ---------------------------------------------------
# 通过Compose实例将上面定义的多个图像增广方法叠加起来
torchvision.transforms.Compose( [   ] )
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