paddlepaddle深度学习中对于分类问题中的准确率的理解?

问题描述
我们在MINIST数据集中,要去解决图片的分类问题。这是一个计算机视觉问题。比如,我们人眼看见这个图片上写的是8,很快就能传到大脑,明白这个是8。但在计算机中要进行一系列复杂的操作,比如提取特征,特征分类等等,明白这个图片是8。那这个图片上的数字到底是不是8,这就需要一个准确率的问题。
但在学习这个准确率时,我发现有的道友,认为这个准确率是一个batch中预测的正确的个数除以这个batch总数,得出的这个概率是准确率,来判断整个系统对于单张图片预测正确概率,那这个想法到底是哪里有了问题?这个准确率到底是不是这个意思呢?
准确率
答案:不是一个batch中只有一个准确率,是对于每一张将要预测的图片都有自己的准确率。
原因
对于准确率的理解:对于每一张图片自己的准确率。表示的是这张图片预测结果的可信度。比如经过计算机视觉处理,得出这张图片上显示的数字是8,准确率为0.945612223,那么我将有理由认为它就是8
对于这个准确率显然不是一个batch中预测正确的图片的个数/batch中总体的图片数。可以从俩个角度来理解:
**1、**对于深度学习中的训练集计算机可以看见这个图片的标签,但是对于测试集,计算机无法看见标签,也自然判断不出来哪些是对哪些是错,更不用说计算出正确图片的个数。也自然无法得到一个batch的准确率。
**2、**对于一张图片的准确率的计算:
1.提取这张图片的一些特征
2.将这些特征进行分类(比如在1类的概率为0.9,在2类的概率为0.1)
3.利用softmax函数进行计算得到最后的准确。
贴一段自己运行通了的代码,有兴趣自己试一试吧!环境配置:python3.7.0+paddle 注意下载数据集哦!(minist)

# 加载相关库
import os
import random
import paddle
import paddle.fluid as fluid
from paddle.fluid.dygraph.nn import Conv2D, Pool2D, Linear
import numpy as np
from PIL import Image

import gzip
import json

# 定义数据集读取器
def load_data(mode='train'):

    # 读取数据文件
    datafile = './data/data49109/mnist.json.gz'
    print('loading mnist dataset from {} ......'.format(datafile))
    data = json.load(gzip.open(datafile))
    # 读取数据集中的训练集,验证集和测试集
    train_set, val_set, eval_set = data

    # 数据集相关参数,图片高度IMG_ROWS, 图片宽度IMG_COLS
    IMG_ROWS = 28
    IMG_COLS = 28
    # 根据输入mode参数决定使用训练集,验证集还是测试
    if mode == 'train':
        imgs = train_set[0]
        labels = train_set[1]
    elif mode == 'valid':
        imgs = val_set[0]
        labels = val_set[1]
    elif mode == 'eval':
        imgs = eval_set[0]
        labels = eval_set[1]
    # 获得所有图像的数量
    imgs_length = len(imgs)
    # 验证图像数量和标签数量是否一致
    assert len(imgs) == len(labels), \
          "length of train_imgs({}) should be the same as train_labels({})".format(
                  len(imgs), len(labels))

    index_list = list(range(imgs_length))

    # 读入数据时用到的batchsize
    BATCHSIZE = 100

    # 定义数据生成器
    def data_generator():
        # 训练模式下,打乱训练数据
        if mode == 'train':
            random.shuffle(index_list)
        imgs_list = []
        labels_list = []
        # 按照索引读取数据
        for i in index_list:
            # 读取图像和标签,转换其尺寸和类型
            img = np.reshape(imgs[i], [1, IMG_ROWS, IMG_COLS]).astype('float32')
            label = np.reshape(labels[i], [1]).astype('int64')
            imgs_list.append(img) 
            labels_list.append(label)
            # 如果当前数据缓存达到了batch size,就返回一个批次数据
            if len(imgs_list) == BATCHSIZE:
                yield np.array(imgs_list), np.array(labels_list)
                # 清空数据缓存列表
                imgs_list = []
                labels_list = []

        # 如果剩余数据的数目小于BATCHSIZE,
        # 则剩余数据一起构成一个大小为len(imgs_list)的mini-batch
        if len(imgs_list) > 0:
            yield np.array(imgs_list), np.array(labels_list)

    return data_generator


# 定义模型结构
class MNIST(fluid.dygraph.Layer):
     def __init__(self):
         super(MNIST, self).__init__()
         
         # 定义一个卷积层,使用relu激活函数
         self.conv1 = Conv2D(num_channels=1, num_filters=20, filter_size=5, stride=1, padding=2, act='relu')
         # 定义一个池化层,池化核为2,步长为2,使用最大池化方式
         self.pool1 = Pool2D(pool_size=2, pool_stride=2, pool_type='max')
         # 定义一个卷积层,使用relu激活函数
         self.conv2 = Conv2D(num_channels=20, num_filters=20, filter_size=5, stride=1, padding=2, act='relu')
         # 定义一个池化层,池化核为2,步长为2,使用最大池化方式
         self.pool2 = Pool2D(pool_size=2, pool_stride=2, pool_type='max')
         # 定义一个全连接层,输出节点数为10 
         self.fc = Linear(input_dim=980, output_dim=10, act='softmax')
    # 定义网络的前向计算过程
     def forward(self, inputs, label):
         x = self.conv1(inputs)
         x = self.pool1(x)
         x = self.conv2(x)
         x = self.pool2(x)
         x = fluid.layers.reshape(x, [x.shape[0], 980])
         x = self.fc(x)
         if label is not None:
             acc = fluid.layers.accuracy(input=x, label=label)
             return x, acc
         else:
             return x

#调用加载数据的函数
train_loader = load_data('train')
    
#在使用GPU机器时,可以将use_gpu变量设置成True
use_gpu = False
place = fluid.CUDAPlace(0) if use_gpu else fluid.CPUPlace()

with fluid.dygraph.guard(place):
    model = MNIST()
    model.train() 
    
    #四种优化算法的设置方案,可以逐一尝试效果
    optimizer = fluid.optimizer.SGDOptimizer(learning_rate=0.01, parameter_list=model.parameters())
    #optimizer = fluid.optimizer.MomentumOptimizer(learning_rate=0.01, momentum=0.9, parameter_list=model.parameters())
    #optimizer = fluid.optimizer.AdagradOptimizer(learning_rate=0.01, parameter_list=model.parameters())
    #optimizer = fluid.optimizer.AdamOptimizer(learning_rate=0.01, parameter_list=model.parameters())
    
    EPOCH_NUM = 5
    for epoch_id in range(EPOCH_NUM):
        for batch_id, data in enumerate(train_loader()):
            #准备数据
            image_data, label_data = data
            image = fluid.dygraph.to_variable(image_data)
            label = fluid.dygraph.to_variable(label_data)
            
            #前向计算的过程,同时拿到模型输出值和分类准确率
            predict, acc = model(image, label)
            
            #计算损失,取一个批次样本损失的平均值
            loss = fluid.layers.cross_entropy(predict, label)
            avg_loss = fluid.layers.mean(loss)
            
            #每训练了200批次的数据,打印下当前Loss的情况
            if batch_id % 200 == 0:
                print("epoch: {}, batch: {}, loss is: {}, acc is {}".format(epoch_id, batch_id, avg_loss.numpy(), acc.numpy()))
            
            #后向传播,更新参数的过程
            avg_loss.backward()
            optimizer.minimize(avg_loss)
            model.clear_gradients()

    #保存模型参数
    fluid.save_dygraph(model.state_dict(), 'mnist')
 
    model_state_dict, _ = fluid.load_dygraph('mnist')
    model.load_dict(model_state_dict)

    model.eval()
    eval_loader = load_data('eval')

    acc_set = []
    avg_loss_set = []
    for batch_id, data in enumerate(eval_loader()):
        x_data, y_data = data
        img = fluid.dygraph.to_variable(x_data)
        label = fluid.dygraph.to_variable(y_data)
        prediction, acc = model(img, label)
        loss = fluid.layers.cross_entropy(input=prediction, label=label)
        avg_loss = fluid.layers.mean(loss)
        acc_set.append(float(acc.numpy()))
        avg_loss_set.append(float(avg_loss.numpy()))
    if len(acc_set) == 100:
        acc_val = np.array(acc_set)
        avg_loss_val_mean = np.array(avg_loss_set).mean()
        print('loss={}'.format(avg_loss_val_mean))
        np.set_printoptions(threshold=10000000)
        
        print (acc_val)

运行结果
paddlepaddle深度学习中对于分类问题中的准确率的理解?_第1张图片
paddlepaddle深度学习中对于分类问题中的准确率的理解?_第2张图片
注意:以上结果是打印了100张图片它们分别的准确率。

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