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李沐《動手學深度學習》第二版比賽2-Classify Leaves

2021-08-01 06:31:06 其他

李沐《動手學深度學習》第二版比賽2-Classify Leaves

我的偶像,李沐大神主講的《動手學深度學習》(使用Pytorch框架,第一版使用的是MXNet框架)目前已經進行到了雙向回圈神經網路,第二部分(卷積神經網路)的競賽內容為樹葉分類,
比賽2-Classify Leaves

  • 首先匯入需要的包
# 首先匯入包
import torch
import torch.nn as nn
import pandas as pd
import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
from torchvision import transforms
from PIL import Image
import os
import matplotlib.pyplot as plt
import torchvision.models as models
# This is for the progress bar.
from tqdm import tqdm
import seaborn as sns
  • 使用pd.read_csv將訓練集表格讀入,然后看看label檔案長啥樣,image欄是圖片的名稱,label是圖片的分類標簽,
labels_dataframe = pd.read_csv('./classify-leaves/train.csv')
labels_dataframe.head(10)
  • 使用pd.describe()函式生成描述性統計資料,統計資料集的集中趨勢,分散和行列的分布情況,不包括 NaN值,可以看到訓練集總共有18353張圖片,標簽有176類,
labels_dataframe.describe()
  • 用條形圖可視化176類圖片的分布(數目),
# function to show bar length

def barw(ax): 
    
    for p in ax.patches:
        val = p.get_width() # height of the bar
        x = p.get_x()+ p.get_width() # x- position 
        y = p.get_y() + p.get_height()/2 # y-position
        ax.annotate(round(val,2),(x,y))
        
# finding top leaves

plt.figure(figsize = (15,30))
# 類別特征的頻數條形圖(x軸是count數,y軸是類別,)
ax0 =sns.countplot(y=labels_dataframe['label'],order=labels_dataframe['label'].value_counts().index)
barw(ax0)
plt.show()
  • 把label標簽按字母排個序,這里僅顯示前10個,
# 把label檔案排個序
leaves_labels = sorted(list(set(labels_dataframe['label'])))
n_classes = len(leaves_labels)
print(n_classes)
leaves_labels[:10]
  • 把label和176類zip一下再字典,把label轉成對應的數字,
# 把label轉成對應的數字
class_to_num = dict(zip(leaves_labels, range(n_classes)))
class_to_num
  • 再將類別數轉換回label,方便最后預測的時候使用,
# 再轉換回來,方便最后預測的時候使用
num_to_class = {v : k for k, v in class_to_num.items()}
  • 創建樹葉資料集類LeavesData(Dataset),用來批量管理訓練集、驗證集和測驗集,
# 繼承pytorch的dataset,創建自己的
class LeavesData(Dataset):
    def __init__(self, csv_path, file_path, mode='train', valid_ratio=0.2, resize_height=256, resize_width=256):
        """
        Args:
            csv_path (string): csv 檔案路徑
            img_path (string): 影像檔案所在路徑
            mode (string): 訓練模式還是測驗模式
            valid_ratio (float): 驗證集比例
        """
        
        # 需要調整后的照片尺寸,我這里每張圖片的大小尺寸不一致#
        self.resize_height = resize_height
        self.resize_width = resize_width

        self.file_path = file_path
        self.mode = mode

        # 讀取 csv 檔案
        # 利用pandas讀取csv檔案
        self.data_info = pd.read_csv(csv_path, header=None)  #header=None是去掉表頭部分
        # 計算 length
        self.data_len = len(self.data_info.index) - 1
        self.train_len = int(self.data_len * (1 - valid_ratio))
        
        if mode == 'train':
            # 第一列包含影像檔案的名稱
            self.train_image = np.asarray(self.data_info.iloc[1:self.train_len, 0])  
            #self.data_info.iloc[1:,0]表示讀取第一列,從第二行開始到train_len
            # 第二列是影像的 label
            self.train_label = np.asarray(self.data_info.iloc[1:self.train_len, 1])
            self.image_arr = self.train_image 
            self.label_arr = self.train_label
        elif mode == 'valid':
            self.valid_image = np.asarray(self.data_info.iloc[self.train_len:, 0])  
            self.valid_label = np.asarray(self.data_info.iloc[self.train_len:, 1])
            self.image_arr = self.valid_image
            self.label_arr = self.valid_label
        elif mode == 'test':
            self.test_image = np.asarray(self.data_info.iloc[1:, 0])
            self.image_arr = self.test_image
            
        self.real_len = len(self.image_arr)

        print('Finished reading the {} set of Leaves Dataset ({} samples found)'
              .format(mode, self.real_len))

    def __getitem__(self, index):
        # 從 image_arr中得到索引對應的檔案名
        single_image_name = self.image_arr[index]

        # 讀取影像檔案
        img_as_img = Image.open(self.file_path + single_image_name)

        #如果需要將RGB三通道的圖片轉換成灰度圖片可參考下面兩行
#         if img_as_img.mode != 'L':
#             img_as_img = img_as_img.convert('L')

        #設定好需要轉換的變數,還可以包括一系列的nomarlize等等操作
        if self.mode == 'train':
            transform = transforms.Compose([
                transforms.Resize((224, 224)),
                transforms.RandomHorizontalFlip(p=0.5),   #隨機水平翻轉 選擇一個概率
                transforms.ToTensor()
            ])
        else:
            # valid和test不做資料增強
            transform = transforms.Compose([
                transforms.Resize((224, 224)),
                transforms.ToTensor()
            ])
        
        img_as_img = transform(img_as_img)
        
        if self.mode == 'test':
            return img_as_img
        else:
            # 得到影像的 string label
            label = self.label_arr[index]
            # number label
            number_label = class_to_num[label]

            return img_as_img, number_label  #回傳每一個index對應的圖片資料和對應的label

    def __len__(self):
        return self.real_len
  • 定義一下不同資料集的csv_path,并通過更改mode修改資料集類的實體物件,
train_path = './classify-leaves/train.csv'
test_path = './classify-leaves/test.csv'
# csv檔案中已經images的路徑了,因此這里只到上一級目錄
img_path = './classify-leaves/'

train_dataset = LeavesData(train_path, img_path, mode='train')
val_dataset = LeavesData(train_path, img_path, mode='valid')
test_dataset = LeavesData(test_path, img_path, mode='test')
print(train_dataset)
print(val_dataset)
print(test_dataset)
  • 定義data loader,設定batch_size,
# 定義data loader
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
        dataset=train_dataset,
        batch_size=8, 
        shuffle=False,
        num_workers=5
    )

val_loader = torch.utils.data.DataLoader(
        dataset=val_dataset,
        batch_size=8, 
        shuffle=False,
        num_workers=5
    )
test_loader = torch.utils.data.DataLoader(
        dataset=test_dataset,
        batch_size=8, 
        shuffle=False,
        num_workers=5
    )
  • 展示資料
# 給大家展示一下資料長啥樣
def im_convert(tensor):
    """ 展示資料"""
    
    image = tensor.to("cpu").clone().detach()
    image = image.numpy().squeeze()
    image = image.transpose(1,2,0)
    image = image.clip(0, 1)

    return image

fig=plt.figure(figsize=(20, 12))
columns = 4
rows = 2

dataiter = iter(val_loader)
inputs, classes = dataiter.next()

for idx in range (columns*rows):
    ax = fig.add_subplot(rows, columns, idx+1, xticks=[], yticks=[])
    ax.set_title(num_to_class[int(classes[idx])])
    plt.imshow(im_convert(inputs[idx]))
plt.show()
# 看一下是在cpu還是GPU上
def get_device():
    return 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'

device = get_device()
print(device)
# 是否要凍住模型的前面一些層
def set_parameter_requires_grad(model, feature_extracting):
    if feature_extracting:
        model = model
        for param in model.parameters():
            param.requires_grad = False
# resnet34模型
def res_model(num_classes, feature_extract = False, use_pretrained=True):

    model_ft = models.resnet34(pretrained=use_pretrained)
    set_parameter_requires_grad(model_ft, feature_extract)
    num_ftrs = model_ft.fc.in_features
    model_ft.fc = nn.Sequential(nn.Linear(num_ftrs, num_classes))

    return model_ft
# 超引數
learning_rate = 3e-4
weight_decay = 1e-3
num_epoch = 50
model_path = './pre_res_model.ckpt'
# Initialize a model, and put it on the device specified.
model = res_model(176)
model = model.to(device)
model.device = device
# For the classification task, we use cross-entropy as the measurement of performance.
criterion = nn.CrossEntropyLoss()

# Initialize optimizer, you may fine-tune some hyperparameters such as learning rate on your own.
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr = learning_rate, weight_decay=weight_decay)

# The number of training epochs.
n_epochs = num_epoch

best_acc = 0.0
for epoch in range(n_epochs):
    # ---------- Training ----------
    # Make sure the model is in train mode before training.
    model.train() 
    # These are used to record information in training.
    train_loss = []
    train_accs = []
    # Iterate the training set by batches.
    for batch in tqdm(train_loader):
        # A batch consists of image data and corresponding labels.
        imgs, labels = batch
        imgs = imgs.to(device)
        labels = labels.to(device)
        # Forward the data. (Make sure data and model are on the same device.)
        logits = model(imgs)
        # Calculate the cross-entropy loss.
        # We don't need to apply softmax before computing cross-entropy as it is done automatically.
        loss = criterion(logits, labels)
        
        # Gradients stored in the parameters in the previous step should be cleared out first.
        optimizer.zero_grad()
        # Compute the gradients for parameters.
        loss.backward()
        # Update the parameters with computed gradients.
        optimizer.step()
        
        # Compute the accuracy for current batch.
        acc = (logits.argmax(dim=-1) == labels).float().mean()

        # Record the loss and accuracy.
        train_loss.append(loss.item())
        train_accs.append(acc)
        
    # The average loss and accuracy of the training set is the average of the recorded values.
    train_loss = sum(train_loss) / len(train_loss)
    train_acc = sum(train_accs) / len(train_accs)

    # Print the information.
    print(f"[ Train | {epoch + 1:03d}/{n_epochs:03d} ] loss = {train_loss:.5f}, acc = {train_acc:.5f}")
    
    
    # ---------- Validation ----------
    # Make sure the model is in eval mode so that some modules like dropout are disabled and work normally.
    model.eval()
    # These are used to record information in validation.
    valid_loss = []
    valid_accs = []
    
    # Iterate the validation set by batches.
    for batch in tqdm(val_loader):
        imgs, labels = batch
        # We don't need gradient in validation.
        # Using torch.no_grad() accelerates the forward process.
        with torch.no_grad():
            logits = model(imgs.to(device))
            
        # We can still compute the loss (but not the gradient).
        loss = criterion(logits, labels.to(device))

        # Compute the accuracy for current batch.
        acc = (logits.argmax(dim=-1) == labels.to(device)).float().mean()

        # Record the loss and accuracy.
        valid_loss.append(loss.item())
        valid_accs.append(acc)
        
    # The average loss and accuracy for entire validation set is the average of the recorded values.
    valid_loss = sum(valid_loss) / len(valid_loss)
    valid_acc = sum(valid_accs) / len(valid_accs)

    # Print the information.
    print(f"[ Valid | {epoch + 1:03d}/{n_epochs:03d} ] loss = {valid_loss:.5f}, acc = {valid_acc:.5f}")
    
    # if the model improves, save a checkpoint at this epoch
    if valid_acc > best_acc:
        best_acc = valid_acc
        torch.save(model.state_dict(), model_path)
        print('saving model with acc {:.3f}'.format(best_acc))
saveFileName = './classify-leaves/submission.csv'
## predict
model = res_model(176)

# create model and load weights from checkpoint
model = model.to(device)
model.load_state_dict(torch.load(model_path))

# Make sure the model is in eval mode.
# Some modules like Dropout or BatchNorm affect if the model is in training mode.
model.eval()

# Initialize a list to store the predictions.
predictions = []
# Iterate the testing set by batches.
for batch in tqdm(test_loader):
    
    imgs = batch
    with torch.no_grad():
        logits = model(imgs.to(device))
    
    # Take the class with greatest logit as prediction and record it.
    predictions.extend(logits.argmax(dim=-1).cpu().numpy().tolist())

preds = []
for i in predictions:
    preds.append(num_to_class[i])

test_data = pd.read_csv(test_path)
test_data['label'] = pd.Series(preds)
submission = pd.concat([test_data['image'], test_data['label']], axis=1)
submission.to_csv(saveFileName, index=False)
print("Done!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!")

參考文獻

  • https://www.kaggle.com/c/classify-leaves 比賽平臺
  • https://www.cnblogs.com/zgqcn/p/14160093.html kaggle 訓練操作
  • https://www.kaggle.com/nekokiku/simple-resnet-baseline 大神提供的baseline

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/291175.html

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    隨著前端技術的不斷發展和應用程式的日益復雜,前端自動化測驗也在不斷演進。隨著 Web 應用程式變得越來越復雜,自動化測驗的需求也越來越高。如今,自動化測驗已經成為 Web 應用程式開發程序中不可或缺的一部分,它們可以幫助開發人員更快地發現和修復錯誤,提高應用程式的性能和可靠性。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:16 more
  • CANN開發實踐:4個DVPP記憶體問題的典型案例解讀

    摘要:由于DVPP媒體資料處理功能對存放輸入、輸出資料的記憶體有更高的要求(例如,記憶體首地址128位元組對齊),因此需呼叫專用的記憶體申請介面,那么本期就分享幾個關于DVPP記憶體問題的典型案例,并給出原因分析及解決方法。 本文分享自華為云社區《FAQ_DVPP記憶體問題案例》,作者:昇騰CANN。 DVPP ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:03 more
  • msf學習

    msf學習 以kali自帶的msf為例 一、msf核心模塊與功能 msf模塊都放在/usr/share/metasploit-framework/modules目錄下 1、auxiliary 輔助模塊,輔助滲透(埠掃描、登錄密碼爆破、漏洞驗證等) 2、encoders 編碼器模塊,主要包含各種編碼 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:59 more
  • Halcon軟體安裝與界面簡介

    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:17 more
  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more