Pytorch中utils.data 与torchvision简介

Pytorch中utils.data 与torchvision简介

  • 1 数据处理工具概述
  • 2 utils.data简介
  • 3 torchvision简介
    • 3.1 transforms
    • 3.2 ImageFolder

1 数据处理工具概述

Pytorch涉及数据处理(数据装载、数据预处理、数据增强等)主要工具包及相互关系如下图所示,主要使用torch.utils.data 与 torchvision:
Pytorch中utils.data 与torchvision简介_第1张图片

torch.utils.data工具包,它包括以下三个类:
(1)Dataset:是一个抽象类,其它数据集需要继承这个类,并且覆写其中的两个方法(getitemlen)。
(2)DataLoader:定义一个新的迭代器,实现批量(batch)读取,打乱数据(shuffle)并提供并行加速等功能。
(3)random_split:把数据集随机拆分为给定长度的非重叠新数据集。
(4)*sampler:多种采样函数。

可视化处理工具torchvision:Pytorch的一个视觉处理工具包,独立于Pytorch,需要另外安装,使用pip或conda安装即可,包含四个类:

(1)datasets:提供常用的数据集加载,设计上都是继承torch.utils.data.Dataset,主要包括MMIST、CIFAR10/100、ImageNet、COCO等。
(2)models:提供深度学习中各种经典的网络结构以及训练好的模型(如果选择pretrained=True),包括AlexNet, VGG系列、ResNet系列、Inception系列等。
(3)transforms:常用的数据预处理操作,主要包括对Tensor及PIL Image对象的操作。
(4)utils:含两个函数,一个是make_grid,它能将多张图片拼接在一个网格中;另一个是save_img,它能将Tensor保存成图片。

2 utils.data简介

utils.data包括DatasetDataLoader

  • torch.utils.data.Dataset:为抽象类。自定义数据集需要继承这个类,并实现两个函数。一个是__len__,另一个是__getitem__,前者提供数据的大小(size),后者通过给定索引获取数据和标签。

  • 由于__getitem__一次只能获取一个数据,所以通过torch.utils.data.DataLoader来定义一个新的迭代器,实现batch读取。

下面通过举例,来比较Dataset 和DataLoader

  • 1,导入相关模块
import torch
from torch.utils import data
import numpy as np
  • 2,定义获取数据集的类,该类继承基类Dataset,自定义一个数据集及对应标签。
class TestDataset(data.Dataset):#继承Dataset
    def __init__(self):
        self.Data=np.asarray([[1,2],[3,4],[2,1],[3,4],[4,5]])#一些由2维向量表示的数据集
        self.Label=np.asarray([0,1,0,1,2])#这是数据集对应的标签
 
    def __getitem__(self, index):
        #把numpy转换为Tensor
        txt=torch.from_numpy(self.Data[index])
        label=torch.tensor(self.Label[index])
        return txt,label 
 
    def __len__(self):
        return len(self.Data)
  • 3,获取数据集中数据
Test=TestDataset()
print(Test[2])  #相当于调用__getitem__(2)
print(Test.__len__())
 
#輸出:
#(tensor([2, 1]), tensor(0))
#5

上面使用Dataset的方式,每次只返回一个样本。如果希望批处理,同时还要shuffle和并行加速等操作,可选择DataLoader

data.DataLoader(
    dataset,
    batch_size=1,
    shuffle=False,
    sampler=None,
    batch_sampler=None,
    num_workers=0,
    collate_fn=,
    pin_memory=False,
    drop_last=False,
    timeout=0,
    worker_init_fn=None,
)

主要参数说明:
 dataset: 加载的数据集;
 batch_size: 批大小;
 shuffle:是否将数据打乱;
 sampler:样本抽样
 num_workers:使用多进程加载的进程数,0代表不使用多进程;
 collate_fn:如何将多个样本数据拼接成一个batch,一般使用默认的拼接方式即可;
 pin_memory:是否将数据保存在pin memory区,pin memory中的数据转到GPU会快一些;
 drop_last:dataset 中的数据个数可能不是 batch_size的整数倍,drop_last为True会将多出来不足一个batch的数据丢弃。

test_loader = data.DataLoader(Test,batch_size=2,shuffle=False,num_workers=2)
for i,traindata in enumerate(test_loader):
    print('i:',i)
    Data,Label=traindata
    print('data:',Data)
    print('Label:',Label)

从这个结果可以看出,这是批量读取。我们可以像使用迭代器一样使用它,如对它进行循环操作。不过它不是迭代器,我们可以通过iter命令转换为迭代器。

一般用data.Dataset处理同一个目录下的数据。如果数据在不同目录下,不同目录代表不同类别(这种情况比较普遍),使用data.Dataset来处理就不很方便

不过,可以使用Pytorch另一种可视化数据处理工具(即torchvision)就非常方便,不但可以自动获取标签,还提供很多数据预处理、数据增强等转换函数。

3 torchvision简介

torchvision有4个功能模块,

  • model:
  • datasets:
  • transforms:如何使用transforms对源数据进行预处理、增强等
  • utils:

3.1 transforms

transforms提供了对PIL Image对象和Tensor对象的常用操作

(1)对PIL Image的常见操作如下:
 Scale/Resize: 调整尺寸,长宽比保持不变;
 CenterCrop、RandomCrop、RandomSizedCrop:裁剪图片,CenterCrop和RandomCrop在crop时是固定size,RandomResizedCrop则是random size的crop;
 Pad: 填充;
 ToTensor: 把一个取值范围是[0,255]的PIL.Image 转换成 Tensor。形状为(H,W,C)的numpy.ndarray,转换成形状为[C,H,W],取值范围是[0,1.0]的torch.FloatTensor。
 RandomHorizontalFlip:图像随机水平翻转,翻转概率为0.5;
 RandomVerticalFlip: 图像随机垂直翻转;
 ColorJitter: 修改亮度、对比度和饱和度。

(2)对Tensor的常见操作如下:
 Normalize: 标准化,即减均值,除以标准差;
 ToPILImage:将Tensor转为PIL Image。

如果要对数据集进行多个操作,可通过Compose将这些操作像管道一样拼接起来,类似于nn.Sequential。以下为示例代码

transforms.Compose([
    #将给定的 PIL.Image 进行中心切割,得到给定的 size,
    #size 可以是 tuple,(target_height, target_width)。
    #size 也可以是一个 Integer,在这种情况下,切出来的图片形状是正方形。            
    transforms.CenterCrop(10),
    #切割中心点的位置随机选取
    transforms.RandomCrop(20, padding=0),
    #把一个取值范围是 [0, 255] 的 PIL.Image 或者 shape 为 (H, W, C) 的 numpy.ndarray,
    #转换为形状为 (C, H, W),取值范围是 [0, 1] 的 torch.FloatTensor
    transforms.ToTensor(),
    #规范化到[-1,1]
    transforms.Normalize(mean = (0.5, 0.5, 0.5), std = (0.5, 0.5, 0.5))
])

3.2 ImageFolder

当文件依据标签处于不同文件下时,如:
Pytorch中utils.data 与torchvision简介_第2张图片

可以利用 torchvision.datasets.ImageFolder 来直接构造出 dataset,代码如下:

loader = datasets.ImageFolder(path)
loader = data.DataLoader(dataset)

ImageFolder 会将目录中的文件夹名自动转化成序列,那么DataLoader载入时,标签自动就是整数序列了。
下面我们利用ImageFolder读取不同目录下图片数据,然后使用transorms进行图像预处理,预处理有多个,我们用compose把这些操作拼接在一起。然后使用DataLoader加载。

对处理后的数据用torchvision.utils中的save_image保存为一个png格式文件,然后用Image.open打开该png文件,详细代码如下:

from torchvision import transforms, utils
from torchvision import datasets
import torch
import matplotlib.pyplot as plt 
%matplotlib inline
 
my_trans=transforms.Compose([
    transforms.RandomResizedCrop(224),
    transforms.RandomHorizontalFlip(),
    transforms.ToTensor()
])
train_data = datasets.ImageFolder('./data/torchvision_data', transform=my_trans)
train_loader = data.DataLoader(train_data,batch_size=8,shuffle=True,)
                                            
for i_batch, img in enumerate(train_loader):
    if i_batch == 0:
        print(img[1])
        fig = plt.figure()
        grid = utils.make_grid(img[0])
        plt.imshow(grid.numpy().transpose((1, 2, 0)))
        plt.show()
        utils.save_image(grid,'test01.png')
    break

其他功能模块待更新!
参考:python深度学习-基于pytorch

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