pytorch卷积神经网络(cnn)手写数字识别

pytorch手写图片识别,其中还有一些小细节哦

文章目录

  • 前言
  • 一、我们首先了解以下机器学习的数据结构
    • 1.数据结构
    • 2.表现形式
  • 二、代码实现
  • 三、结尾


前言

首先本文很感谢莫烦老师,在他的视频中学到了很多东西。
pytorch卷积神经网络(cnn)手写数字识别_第1张图片


这是一篇pytorch实现手写图片识别文章,这其中还有自己的一定见解。

有错误的地方,还麻烦指正。

一、我们首先了解以下机器学习的数据结构

1.数据结构

  1. 标量(也就是我们说的张量):数据存储在numpy数组中,一般用于流程控制和设置参数值等
  2. 向量:1D张量就叫做向量,普通的连续数值数据集可以叫作向量数据集,
  3. 2D张量(一般是矩阵)
  4. 3D张量:时间序列和序列数据
  5. 4D张量:图片
  6. 5D张量:视频

2.表现形式

  1. 向量数据:2D张量,形状(样本数,特征)
  2. 时间序列和序列数据:3D张量,形状(样本数,时间戳,特征)
  3. 图像:4D张量,形状(样本数,长度,宽度,图像通道RGB)
  4. 视频:5D张量,形状(样本数,帧数,长度,宽度,图像通道RGB)

以下内容全为4D张量下的个人结论:
这里在pytorch中有个细节,如果是你自己的数据,在进行训练时候,你需要把图片转成tensor,那么在转换的时候,要保证机器的运行效率,以及虚拟内存的使用,太大就会超标,直接算不了了。

所以,一般把图片归一化,emmm,就是把他的numpy数据除以255。

img = img/255.0

为了减少占有空间把图片类型转为float32

img = img.astype('float32')

当然也可以改成float16

还有一个重要的地方是,当我们对训练集进行reshape时,可以根据上面4D张量来写,也就是说

train_data = train_data.reshape(10000,28,28,1)

但是我也遇见了必须把1写在样本量后边,卷积层in_channels才会等于1,不然就会等于28。
例如:

train_data = train_data.reshape(10000,1,28,28)

这个地方我查了很多资料,也问了老师,翻到了keras文档的时候刚好看见了关于这个东西的解答。
解答链接.
reshape之后把数据转成tensor就可以啦


文档解答内容:
data_format:字符串,“channels_first”或“channels_last”之一,代表图像的通道维的位置。该参数是Keras 1.x中的image_dim_ordering,“channels_last”对应原本的“tf”,“channels_first”对应原本的“th”。以128x128的RGB图像为例,“channels_first”应将数据组织为(3,128,128),而“channels_last”应将数据组织为(128,128,3)。该参数的默认值是~/.keras/keras.json中设置的值,若从未设置过,则为“channels_last”。


害,这大概就是学习把。

二、代码实现

import torch
import torch.nn as nn
from torch.autograd import Variable
import torch.utils.data as Data
import torchvision
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import os
os.environ['KMP_DUPLICATE_LIB_OK'] = 'TRUE'
EPOCH = 1
BATCH_SIZE = 50
LR = 0.001
DOWNLOAD_MNIST = False

train_data = torchvision.datasets.MNIST(
    root='./mnist',
    train=True,
    transform=torchvision.transforms.ToTensor(),
    download=DOWNLOAD_MNIST
)
# plt.imshow(train_data.data[0].numpy(),cmap='gray')
# plt.show()

train_loader = Data.DataLoader(train_data,batch_size=BATCH_SIZE,shuffle=True,num_workers=2)

test_data = torchvision.datasets.MNIST(root='./mnist',train=False)
test_x = Variable(torch.unsqueeze(test_data.data,dim=1),volatile=True).type(torch.float32)[:2000]/255
test_y = test_data.targets[:2000]

class CNN(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(CNN,self).__init__()
        self.conv1 = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(   #(1,28,28)
                in_channels=1,     #1代表着灰度图片,,如果是3这个地方就是代表彩色图片
                out_channels=16,   #输出的特征值16个
                kernel_size=5,   #5x5卷积核
                stride=1,    # 步长,每次移动一个像素
                padding=2,   #扩充边缘,方便提取边缘特征  padding = (kernel_size-1)/2
            ),  #图片变成(16,28,28)
            nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d(kernel_size=2),  #这个地方使用2x2的区域再一次卷积/  变成(32,14,14)
        )
        self.conv2 = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(16,32,5,1,2),   #变成(32,14,14)
            nn.ReLU(),
            nn.MaxPool2d(2),   #变成(32,7,7)

        )
        self.out = nn.Linear(32*7*7,10)

    def forward(self,x):   #进行展平
        x = self.conv1(x)
        x = self.conv2(x)
        x = x.view(x.size(0),-1)   #(batch,32*7*7)
        output = self.out(x)
        return output

if __name__=='__main__':
    cnn = CNN()
    optimizer = torch.optim.Adam(cnn.parameters(),lr=LR)  #优化器
    loss_fun = nn.CrossEntropyLoss()  #自带softmax

    for epoch in range(EPOCH):
            for step, (b_x, b_y) in enumerate(train_loader):

                output = cnn(b_x)
                loss = loss_fun(output, b_y)
                optimizer.zero_grad()
                loss.backward()
                optimizer.step()

                if step % 50 == 0:
                    test_output = cnn(test_x)
                    pred_y = torch.max(test_output, 1)[1].data.numpy()
                    accuracy = (sum(pred_y == np.array(test_y.data)).item()) / test_y.size(0)
                    print('Epoch:', epoch, '| train loss:%.4f' % loss.item(), '| test accuracy:%.4f' % accuracy)

三、结尾

代码的预测部分就没有写了,文中提及的内容,可能跟本代码无关,是我在写另外的cnn图像分类发现的问题,当然也当作学习,有空会把另外一篇关于岩石分类整理出来的。
pytorch卷积神经网络(cnn)手写数字识别_第2张图片
兄弟们时间到了,再见。
pytorch卷积神经网络(cnn)手写数字识别_第3张图片

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