上一篇博客介绍了如何调用ImageDataBunch
的工厂类方法,生成Fast AI
的模型所需的数据包(Data Bunch
)。事实上,Fast AI
提供了一系列函数接口,使得构建数据包的流程更符合逻辑且更灵活,而前述博客所示的工厂类方法其实也是基于这些API
进行构建的。本篇博客将介绍相关的数据类型以及API
。
Fast AI
的数据积木(Data Block
)API
(文档链接)DataBunch
类的功能就是整合train
和valid
的数据加载器(即PyTorch
里的DataLoader
)。而使用Data Block API
一步一步构建DataBunch
的流程如下图所示:
ItemList
类ItemList
是用于存储数据的列表类(即提供了索引功能)。针对不同的任务以及各类型的标签,Fast AI
提供了ItemList
的各种子类,其中与视觉应用相关的子类包括:
ItemList
提供了几种生成ItemList
实例的工厂类方法:
from_folder()
工厂类方法
@classmethod
def from_folder(cls,
path:PathOrStr, # 数据目录
extensions:Collection[str]=None, # 只获取特定扩展名的文件
recurse:bool=True, # 是否进行文件路径的迭代查找
include:Optional[Collection[str]]=None, # 指定路径的最后一层的列表
processor:PreProcessors=None,
presort:Optional[bool]=False, # 是否对文件进行排序
**kwargs)->'ItemList'
from_df()
工厂类方法
@classmethod
def from_df(cls,
df:DataFrame,
path:PathOrStr='.',
cols:IntsOrStrs=0, # 数据所在的列
processor:PreProcessors=None, **kwargs)->'ItemList'
from_csv()
工厂类方法
@classmethod
def from_csv(cls,
path:PathOrStr,
csv_name:str,
cols:IntsOrStrs=0,
delimiter:str=None, header:str='infer',
processor:PreProcessors=None, **kwargs)->'ItemList'
此外,ItemList
还提供了几个用于数据过滤的函数:
filter_by_func(func)
: 按函数返回值是否为真进行筛选。filter_by_folder(include=None, exclude=None)
: 包含include
指定的文件夹,排除exclude
指定的文件夹。filter_by_rand(p, seed)
: 按照一定的比例p
筛选数据。train
和valid
集ItemList
类提供了若干个用于分划数据集的方法,返回的是一个包含train
和valid
两个ItemList
的ItemLists
实例。
split_by_rand_pct(valid_pct:float=0.2, seed:int=None)
# 按valid_pct指定的比例进行分划。
split_subsets(train_size:float, valid_size:float, seed=None)
# 按train_size、valid_size指定的比例进行抽取
split_by_files(valid_names:ItemList) → ItemLists
# 按valid_names指定的文件名进行分划
split_by_fname_file(fname:PathOrStr, path:PathOrStr=None)
# 按fname文件存储的文件名进行分划
split_by_folder(train:str='train', valid:str='valid')
# 按照文件夹的名称进行分划
split_by_idx(valid_idx:Collection[int])
# 按照valid_idx指定的索引进行分划
split_by_idxs(train_idx, valid_idx)
# 同时指定train和valid两个索引列表
split_by_list(train, valid)
# 同时指定train和valid的文件列表
split_by_valid_func(func:Callable)
# 传入文件名,按照返回值的真假进行分划(取真时为validation数据集)
split_from_df(col:IntsOrStrs=2)
# 使用inner_df的第col列进行分划(取真时为validation数据集)
# 这一函数要求ItemList是由from_df()或者from_csv()构建的
由ItemLists
实例调用label_from_*
函数完成;其返回的是LabelLists
实例,该实例由两个LabelList
组成;而LabelList
类继承自PyTorch
的Dataset
类,整合了数据x
和标签y
(二者均是ItemList
类或其子类),并实现了Dataset
类所必需的__len__()
和__getitem__()
函数。
label_from_df(cols:IntsOrStrs=1, label_cls:Callable=None, **kwargs)
# 由inner_df的第cols列提供标签,cols可以为多列
# 这一函数要求ItemList是由from_df()或者from_csv()构建的
label_from_folder(label_cls:Callable=None, **kwargs)
# 由文件路径的最后一层的名称指定标签
label_from_func(func:Callable, label_cls:Callable=None, **kwargs)
# 由函数提供标签,该函数接受文件名作为参数,返回一个类别
label_from_re(pat:str, full_path:bool=False, label_cls:Callable=None, **kwargs)
# 由正则表达式提供标签。
由LabelLists
实例调用databunch()
生成,实际上是通过调用DataBunch.create()
函数完成的。
ImageList
替换ItemList
ImageList
是ItemList
的子类,其主要覆写了对列表进行索引时所需用到的get()
函数,即在索引时使用open_image()
打开图像。另外,ImageList
还覆写了from_df()
和from_csv()
函数,其中会将数据路径与df
或csv
中的相对路径拼合成绝对路径。
ImageDataBunch
替换DataBunch
这一设置其实也是在ImageList
中进行的。在ItemList
类中,用一个类变量_bunch
记录数据包的类DataBunch
;而在ImageList
中,这一变量的值变为了ImageDataBunch
。ImageDataBunch
是DataBunch
的子类。
ItemLists
的属性查询ItemLists
的实例属性时,调用的是__getattr__()
函数。首先查看self.train
的相应属性,若查到的属性不是Callable
的,则直接返回;否则,则在self.train
和self.valid
上分别调用相应属性,并将结果替换self.train
和self.valid
。
事实上,如LabelInstance.classes
也是类似的逻辑。
预设的预处理操作是通过ItemList
的类属性_processor
来设置的。如果在创建ItemList
时,指定了实例变量processor
,则将覆盖_processor
的作用。预处理操作均应为PreProcessor
类的实例,该实例主要包含用于处理单条记录的process_one()
函数和用于列表处理的process()
函数;process()
函数将使用预处理后的结果替换掉传入的数据列表。
如对分类问题,在由ItemLists
实例调用label_from_*
方法(由前所述,该调用实际会在ItemListsInstance.train
和ItemListsInstance.valid
两个ItemList
实例上分别调用label_from_*
方法)时,会首先判断标签类型为CategoryList
,该类继自CategoryListBase
;而CategoryListBase
继承自ItemList
,并且类成员变量_processor
为CategoryProcessor
(ItemList
类的_processor
为None
)。这样,由label_from_*
方法生成的LabelList
对象的x
将为ItemList
类,对其进行的预处理将为空;而其y
将为CategoryList
类,对其进行的预处理将为CategoryProcessor
,即将标签中的不同值当做标签集合,并提供标签字面值与索引的映射字典。
仍使用fastai.URLs.MNIST_SAMPLE
i数据,假设数据所在文件夹为path
,则:
data = (
ImageList.from_folder(path) # 数据文件的路径
.split_by_folder() # 按比例分割训练集和验证集
.label_from_folder() # 指定类别标签
.transform(size=32) # 对图像进行变换
.databunch(bs=128)
.normalize(imagenet_stats) # 数据归一化
)
假设要从每张图片中预测三个浮点值,数据准备如下:
则数据包的构造流程为:il = (
ImageList.from_csv(path=path, csv_name="labels_float.csv")
.split_by_idx(range(20))
.label_from_df(cols=[1,2,3], label_cls=FloatList)
.transform(size=32)
.databunch(bs=128)
.normalize(imagenet_stats)
)
其中在做label_from_df()
调用时,需要指明Label Class
为FloatList
类型,否则会默认设置为MultiCategoryList
类。
注意,其中均未设置对数据应做哪些变换,这一部分内容将在下一篇博文中介绍。