Pytorch-卷積神經網路CNN

阿新 • • 發佈：2020-10-16

卷積神經網路：CNN

先說一個小知識，助於理解程式碼中各個層之間維度是怎麼變換的。

卷積函式：一般只用來改變輸入資料的維度，例如3維到16維。

`Conv2d()`

Conv2d(in_channels:int,out_channels:int,kernel_size:Union[int,tuple],stride=1,padding=o):   
"""   
:param in_channels: 輸入的維度    
:param out_channels: 通過卷積核之後，要輸出的維度    
:param kernel_size: 卷積核大小    
:param stride: 移動步長    
:param padding: 四周添多少個零  
"""

一個小例子：

import torch
import torch.nn
# 定義一個16張照片，每個照片3個通道，大小是28*28
x= torch.randn(16,3,32,32)
# 改變照片的維度，從3維升到16維，卷積核大小是5
conv= torch.nn.Conv2d(3,16,kernel_size=5,stride=1,padding=0)
res=conv(x)

print(res.shape)
# torch.Size([16, 16, 28, 28])
# 維度升到16維，因為卷積核大小是5，步長是1，所以照片的大小縮小了，變成28

卷積神經網路實戰之Lenet5：

下面放一個示例圖，程式碼中的過程就是根據示例圖進行的

1.經過一個卷積層，從剛開始的[b,3,32,32]-->[b,6,28,28]
2.經過一個池化層，從[b,6,28,28]-->[b,6,14,14]
3.再經過一個卷積層，從[b,6,14,14]-->[b,16,10,10]
4.再經過一個池化層，從[b,16,10,10]-->[b,16,5,5]
5.經過三個個全連線層，將資料[b,16,5,5]-->[b,120]-->[b,84]-->[b,10]

定義一個名為lenet5.py的檔案，程式碼如下

import torch
from torch import nn
import torch.optim
import torch.nn
from torch.nn import functional as F


class Lenet5(nn.Module):
    # for cifar10 dataset.
    def __init__(self):
        super(Lenet5, self).__init__()

        # 卷積層 Convolutional
        self.conv_unit = nn.Sequential(
            # x:[b,3,32,32]==>[b,6,28,28]
            nn.Conv2d(3, 6, kernel_size=5, stride=1, padding=0),
            # x:[b,6,28,28]==>[b,6,14,14]
            nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2, padding=0),
            #[b,6,14,14]==>[b,16,10,10]
            nn.Conv2d(6,16,kernel_size=5,stride=1,padding=0),
            # x:[b,16,10,10]==>[b,16,5,5]
            nn.MaxPool2d(kernel_size=2,stride=2,padding=0),

        )

        # 全連線層fully connected
        self.fc_unit=nn.Sequential(
            nn.Linear(16*5*5,120),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(120,84),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(84,10)
        )

    def forward(self,x):
        """
        :param x:[b,3,32,32]
        :return:
        """
        batchsz=x.size(0)
        # 卷積層池化層運算 [b,3,32,32]==>[b,16,5,5]
        x=self.conv_unit(x)

        # 對資料進行打平，方便後邊全連線層進行運算[b,16,5,5]==>[b,16*5*5]
        x=x.view(batchsz,16*5*5)

        # 全連線層[b,16*5*5]==>[b,10]
        logits=self.fc_unit(x)

        return logits
        # loss=self.criteon(logits,y)


def main():
    net=Lenet5()
    # [b,3,32,32]
    temp = torch.randn(2, 3, 32, 32)
    out = net(temp)
    # [b,16,5,5]
    print("lenet_out:", out.shape)

if __name__ == '__main__':
    main()

定義一個名為main.py的檔案，程式碼如下

import torch
from torchvision import datasets
from torchvision import transforms
from torch.utils.data import DataLoader
from torch import nn,optim
from visdom import Visdom
from lenet5 import  Lenet5

def main():
    batch_siz=32
    cifar_train = datasets.CIFAR10('cifar',True,transform=transforms.Compose([
        transforms.Resize((32,32)),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406],
                             std=[0.229, 0.224, 0.225])
    ]),download=True)
    cifar_train=DataLoader(cifar_train,batch_size=batch_siz,shuffle=True)

    cifar_test = datasets.CIFAR10('cifar',False,transform=transforms.Compose([
        transforms.Resize((32,32)),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406],
                             std=[0.229, 0.224, 0.225])
    ]),download=True)
    cifar_test=DataLoader(cifar_test,batch_size=batch_siz,shuffle=True)

    x,label = iter(cifar_train).next()
    print('x:',x.shape,'label:',label.shape)

    # 指定執行到cpu //GPU
    device=torch.device('cpu')
    model = Lenet5().to(device)

    # 呼叫損失函式use Cross Entropy loss交叉熵
    # 分類問題使用CrossEntropyLoss比MSELoss更合適
    criteon = nn.CrossEntropyLoss().to(device)
    # 定義一個優化器
    optimizer=optim.Adam(model.parameters(),lr=1e-3)
    print(model)

    viz=Visdom()
    viz.line([0.],[0.],win="loss",opts=dict(title='Lenet5 Loss'))
    viz.line([0.],[0.],win="acc",opts=dict(title='Lenet5 Acc'))

    # 訓練train
    for epoch in range(1000):
        # 變成train模式
        model.train()
        # barchidx:下標，x:[b,3,32,32],label:[b]
        for barchidx,(x,label) in enumerate(cifar_train):
            # 將x，label放在gpu上
            x,label=x.to(device),label.to(device)
            # logits:[b,10]
            # label:[b]
            logits = model(x)
            loss = criteon(logits,label)

            # viz.line([loss.item()],[barchidx],win='loss',update='append')
            # backprop
            optimizer.zero_grad()
            loss.backward()
            optimizer.step()
        viz.line([loss.item()],[epoch],win='loss',update='append')
        print(epoch,'loss:',loss.item())


        # 變成測試模式
        model.eval()
        with torch.no_grad():
            #  測試test
            # 正確的數目
            total_correct=0
            total_num=0
            for x,label in cifar_test:
                # 將x，label放在gpu上
                x,label=x.to(device),label.to(device)
                # [b,10]
                logits=model(x)
                # [b]
                pred=logits.argmax(dim=1)
                # [b] = [b'] 統計相等個數
                total_correct+=pred.eq(label).float().sum().item()
                total_num+=x.size(0)
            acc=total_correct/total_num
            print(epoch,'acc:',acc)

            viz.line([acc],[epoch],win='acc',update='append')
            # viz.images(x.view(-1, 3, 32, 32), win='x')


if __name__ == '__main__':
    main()