深度学习计算机视觉入门过程

计算机视觉入门过程(用时约为2个月):

一,理论学习

1,复习了线性代数和概率论

2,学习了python的numpy库和pytorch库的使用

3,李飞飞cs213n课程视频

4,吴恩达深度学习课程视频

二.实践

1,搭建深度学习环境

2,mnist最高达到98.2%,cifar最高达到94.7%



因为李飞飞cs213n课程和吴恩达深度学习课程都是全英课程,所以在CSDN找了对应的笔记,边看笔记边看视频,这样学起来轻松一些。

(课程视频在B站可以找到)

笔记链接如下:

1.李飞飞cs213n课程:https://blog.csdn.net/qq_34611579/article/details/81072920?utm_source=app&app_version=4.8.0&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen

2.吴恩达深度学习课程:https://blog.csdn.net/wuzhongqiang/article/details/89702268?utm_source=app&app_version=4.8.0&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen


还有一些在学习过程中疑问百度到的结果:

1.numpy 中的随机打乱数据方法np.random.shuffle

https://blog.csdn.net/weixin_43896259/article/details/106116955

2,图像预处理Transforms与normalize

https://blog.csdn.net/aidanmo/article/details/104059612

3.关于transforms.Normalize()函数

https://blog.csdn.net/jzwong/article/details/104272600

4,numpy.floor()函数作用:向下取整

5.torch.utils.data.DataLoader()详解

https://blog.csdn.net/qq_40520596/article/details/106981039

pytorch中 model.cuda的作用

https://www.cnblogs.com/pogeba/p/13890846.html

Pytorch里面nn.CrossEntropyLoss的含义

https://blog.csdn.net/lang_yubo/article/details/105108174

model.train()和model.eval()用法和区别

https://zhuanlan.zhihu.com/p/357075502

以optim.SGD为例介绍pytorch优化器

https://www.sogou.com/link?url=hedJjaC291OV7dVab-QfvHtdr0qpeLU_JZ6a8oyfxdi0c29X6nLNTA..



下面来讲讲mnist和cifar数据集的训练过程

1.mnist数据集

from torchvision import datasets, transforms

import numpy as np

from sklearn.metrics import accuracy_score

import torch

# from tqdm import tqdm

import time

# matrix func

def knn(train_x, train_y, test_x, test_y,k):

    since = time.time()    # 获取当前时间

    m = test_x.size(0)    # test_s是torch.tensor类,m是在求它的数据个数

    n = train_x.size(0)

    # 计算欧几里得距离,得到m*n矩阵,ij表示第i个测试图片与第j个图片的欧几里得距离

    print("cal dist matrix")

    xx = (test_x ** 2).sum(dim=1, keepdim=True).expand(m, n)

    # **2为对每个元素平方,.sum中dim=1,对行求和,keepdim=True时保持二维,=false时降一维。text原来是m*1,.expand后变成m*n。

    yy = (train_x ** 2).sum(dim=1, keepdim=True).expand(n, m).transpose(0, 1)

    dist_mat = xx + yy - 2 * test_x.matmul(train_x.transpose(0, 1))

    mink_idxs = dist_mat.argsort(dim=-1)

    res = []

    for idxs in mink_idxs:

        # voting

        res.append(np.bincount(np.array([train_y[idx] for idx in idxs[:k]])).argmax())

    assert len(res) == len(test_y)

    print("识别率:", accuracy_score(test_y, res))

    time_elapsed = time.time() - since

    print('KNN mat training complete in {:.0f}m {:.0f}s'.format(time_elapsed // 60, time_elapsed % 60))

if __name__ == "__main__":

    train_dataset = datasets.CIFAR10(root="./data2", transform=transforms.ToTensor(), train=True)

    #参数说明: - root : processed/training.pt 和 processed/test.pt 的主目录

    # -train : True = 训练集, False = 测试集

    # - download : True = 从互联网上下载数据集,并把数据集放在root目录下.

                # 如果数据集之前下载过,将处理过的数据(minist.py中有相关函数)放在processed文件夹下。

    test_dataset = datasets.CIFAR10(root="./data2", transform=transforms.ToTensor(), train=False)

    # build train&test data

    train_x = []

    train_y = []

    for i in range(len(train_dataset)):  #i为int,从0到len(train_dataset)-1

        img, target = train_dataset[i]    #train_dataset[i]是二元组

        train_x.append(img.view(-1))

        # view(-1)将多维img(tensor([  [[],[]] , [[],[]] ])转化为一维tensor([])

        # ( train_x()是二维[tensor([ , , ,]) , tensor([ , , ,])],第一维是tensor([ , , ,]) ),

        # 然后加进去train_x数组里面

        train_y.append(target)

        if i > 50000:

            break

    # print(set(train_y))

    test_x = []

    test_y = []

    for i in range(len(test_dataset)):

        img, target = test_dataset[i]

        test_x.append(img.view(-1))

        test_y.append(target)

        if i > 9000:

            break

    print("classes:", set(train_y))      #将所有标签类输出,因为set变成集合后无重复

    knn(torch.stack(train_x), train_y, torch.stack(test_x), test_y, 7)#stack将[tensor([]),tensor([])]转化为tensor([[],[]])

    # knn_by_iter(torch.stack(train_x), train_y, torch.stack(test_x), test_y, 10)

2.cifar数据集

import torch

import numpy as np

from torchvision import datasets

import torchvision.transforms as transforms

from torch.utils.data.sampler import SubsetRandomSampler

import torch.nn as nn

import torch.nn.functional as F

import torch.optim as optim

#将数据转换为torch.FloatTensor,并标准化

#ToTensor()能够把灰度范围从0-255变换到0-1之间,而后面的transform.Normalize()则把0-1变换到(-1,1).

transform = transforms.Compose([

    transforms.ToTensor(),

    transforms.Normalize((0.5,0.5,0.5),(0.5,0.5,0.5))

])

#选择训练集与测试集的数据

train_data = datasets.CIFAR10( 'data',train=True,download=False,transform=transform)

test_data = datasets.CIFAR10('data',train=True,download=False,transform=transform)

# percentage of training set to use as validation

valid_size = 0.2

#obtain training indices that will be used for validation划分训练集和验证集

num_train = len(train_data)

indices = list(range(num_train))

np.random.shuffle(indices)

split = int (np.floor(valid_size*num_train))

train_idx,valid_idx = indices[split:],indices[:split]

#define samplers for obtaining training and validation batches

train_sampler = SubsetRandomSampler(train_idx)

valid_sampler = SubsetRandomSampler(valid_idx)

#加载数据

num_workers = 0

#每批加载16张图片

batch_size = 16

#perpare data loaders(combine dataset and sampler)

train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_data,batch_size=batch_size,

                                          sampler=train_sampler,num_workers=num_workers)

valid_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_data,batch_size=batch_size,

                                          sampler=valid_sampler,num_workers=num_workers)

test_loader = torch.utils.data.DataLoader(test_data,batch_size=batch_size,

                                          num_workers=num_workers)

#10classes

classes = ['airplane','automobile','bird','cat','deer','dog','frog','horse','ship','truck']

# 定义卷积神经网络结构

class Net(nn.Module):

    def __init__(self):

        super(Net,self).__init__()

        #卷积层(32*32*3的图像)

        self.conv1 = nn.Conv2d(3,16,3,padding=1)

        #卷积层(16*16*16)

        self.conv2 = nn.Conv2d(16,32,3,padding=1)

        #卷积层(8*8*32)

        self.conv3 = nn.Conv2d(32,64,3,padding=1)

        #最大池化层

        self.pool = nn.MaxPool2d(2,2)

        #LINEAR LAYER(64*4*4-->500)

        self.fc1 = nn.Linear(64*4*4,500)

        #linear层(500,10)

        self.fc2 = nn.Linear(500,10)

        #dropout(p=0.3)

        self.dropout = nn.Dropout(0.3)

    def forward(self,x):

        #add sequence of convolutinal and max pooling layers

        x = self.pool(F.relu(self.conv1(x)))

        x = self.pool(F.relu(self.conv2(x)))

        x = self.pool(F.relu(self.conv3(x)))

        #flatten image input

        x = x.view(-1,64*4*4)

        #add dropout layer

        x = self.dropout(x)

        # add 1st hidden layer,with relu activation function

        x = F.relu(self.fc1(x))

        # add dropout layer

        x = self.dropout(x)

        # add 2nd hidden layer,with relu activation function

        x = self.fc2(x)

        return x

#create a complete CNN

model = Net()

print (model)

#检查是否可以利用GPU

train_on_gpu = torch.cuda.is_available()

#

# if not train_on_gpu:

#    print ('CUDA IS NOT AVAILABLE!')

# else:

#    print('CUDA IS AVAILABEL!')

#可以将模型加载到GPU上去

if train_on_gpu:

    model.cuda()

#选择损失函数与优化函数

#使用交叉熵损失函数

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

#使用随机梯度下降,学习率为0.01

optimizer = optim.SGD(model.parameters(),lr=0.01)

# 训练模型的次数

n_epochs = 40

valid_loss_min = np.Inf #track change in calidation loss

for epoch in range(1,n_epochs+1):

    #keep tracks of training and validation loss

    train_loss = 0.0

    valid_loss = 0.0

    ##################

    # 训练集的模型 #

    ##################

    model.train()

    for data,target in train_loader:

        #move tensors to gpu if cuda is available

        if train_on_gpu:

            data,target = data.cuda(),target.cuda()

        #clear the gradients of all optimized variables

        optimizer.zero_grad()

        #forward pass:compute predicted outputs by passing inputs to the model

        output = model(data)

        # calculate the batch loss

        loss = criterion(output,target)

        #backward pass:compute gradient of the loss with respect to model parameters

        loss.backward()

        #perform a single optimization step(parameters updata)

        optimizer.step()

        #updata training loss

        train_loss += loss.item()*data.size(0)

    ###############

    # 验证集模型 #

    ##################

    model.eval()

    for data,target in valid_loader:

        if train_on_gpu:

            data,target = data.cuda(),target.cuda()

        output = model(data)

        loss = criterion(output,target)

        valid_loss += loss.item()*data.size(0)

    #计算平均损失

    train_loss = train_loss/len(train_loader.sampler)

    valid_loss = valid_loss/len(valid_loader.sampler)

    #显示训练集与验证集的损失函数

    print('Epoch:{} \tTraining loss:{} \tValidation loss:{}'.format(

        epoch,train_loss,valid_loss

    ))

    #如果验证集损失函数减少,就保存模型

    if valid_loss <= valid_loss_min:

        print ('Validation loss decreased ({} --> {}). Saving model ...'.format(

            valid_loss_min,valid_loss

        ))

        torch.save(model.state_dict(),'model_cifar.pt')

        valid_loss_min = valid_loss

model.load_state_dict(torch.load('model_cifar.pt',map_location=torch.device('cpu')))

# track test loss

test_loss = 0.0

class_correct = list(0. for i in range(10))

class_total = list(0. for i in range(10))

model.eval()

# iterate over test data

for data, target in test_loader:

    # move tensors to GPU if CUDA is available

    if train_on_gpu:

        data, target = data.cuda(), target.cuda()

    # forward pass: compute predicted outputs by passing inputs to the model

    output = model(data)

    # calculate the batch loss

    loss = criterion(output, target)

    # update test loss

    test_loss += loss.item()*data.size(0)

    # convert output probabilities to predicted class

    _, pred = torch.max(output, 1)

    # compare predictions to true label

    correct_tensor = pred.eq(target.data.view_as(pred))

    correct = np.squeeze(correct_tensor.numpy()) if not train_on_gpu else np.squeeze(correct_tensor.cpu().numpy())

    # calculate test accuracy for each object class

    for i in range(batch_size):

        label = target.data[i]

        class_correct[label] += correct[i].item()

        class_total[label] += 1

# average test loss

test_loss = test_loss/len(test_loader.dataset)

print('Test Loss: {:.6f}\n'.format(test_loss))

for i in range(10):

    if class_total[i] > 0:

        print('Test Accuracy of %5s: %2d%% (%2d/%2d)' % (

            classes[i], 100 * class_correct[i] / class_total[i],

            np.sum(class_correct[i]), np.sum(class_total[i])))

    else:

        print('Test Accuracy of %5s: N/A (no training examples)' % (classes[i]))

print('\nTest Accuracy (Overall): %2d%% (%2d/%2d)' % (

    100. * np.sum(class_correct) / np.sum(class_total),

    np.sum(class_correct), np.sum(class_total)))

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