LeNet

2024-02-22 14:38:52

参考：

一、实现LeNet网络模型

网络构造图

代码说明

此代码我们只需要理解初始化代码(__init__(self)) 和正向传播(forward(self,x))函数即可。
初始化代码用来初始化，正向传播用来定义数据流的传输过程
代码中的初始化部分中的conv1,conv2…对应上图中的用红色标的相同过程

'''
LeNet的实现
'''

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()

        #定义第一层卷积层，RGB为三通道图，所以输入通道为3，输出为6，卷积核为5*5
        #按照公式：输出规则=(输入规格-卷积核+2*padding)/步长 + 1，所以这里输出规格为28*28
        #此函数详细信息详阅https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Conv2d.html?highlight=conv2d#torch.nn.Conv2d
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5)  
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(2,2)
        self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
        self.pool2 = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120) 
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.conv1(x))  #output shape: torch.Size([32, 6, 28, 28])
        x = self.pool1(x)          #output shape: torch.Size([32, 6, 14, 14])
        x = F.relu(self.conv2(x))  #output shape: torch.Size([32, 16, 10, 10])
        x = self.pool2(x)          #output shape: torch.Size([32, 16, 5, 5])
        x = torch.flatten(x, 1)   
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = F.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x

input1 = torch.rand([32,3,32,32])
model = LeNet()
print(model)
output = model(input1)

代码中传输的四维数据表示 [batch数，通道数，高，宽]，batch数即一次处理多少张图片
上述代码完美的对应了图中的网络结构

二、训练模型

载入训练集和验证集，并简单的看里面的图片数据

import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

#显示一张图片
def imshow(img):
    img = img / 2 + 0.5    #图片之前减0.5再除以0.5，我们现在进行反向操作进行还原
    npimg = img.numpy()    #转化为numpy格式
    plt.imshow(np.transpose(npimg, (1, 2, 0)))  #将[C,H,W]改成[H,W,C]的格式
    plt.show()

#定义图像数据处理方式   先转Tensor再减均值除方差
transform = transforms.Compose(
    [transforms.ToTensor(),
     transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])

batch_size = 4

#定义训练集
trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./dataset', train=False,   #下载完成这里改为False
                                        download=True, transform=transform)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=batch_size,
                                          shuffle=True, num_workers=0)

#定义测试集
testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./dataset', train=False,
                                       download=True, transform=transform)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=batch_size,
                                         shuffle=False, num_workers=0)

classes = ('plane', 'car', 'bird', 'cat',
           'deer', 'dog', 'frog', 'horse', 'ship', 'truck')

dataiter = iter(trainloader)  #将trainloader转换成可迭代的方式，也可以将trainloader改成testloader来看测试集
images, labels = dataiter.next() 

#输出图片对应的标签
print(' '.join('%5s' % classes[labels[j]] for j in range(batch_size))) 
#显示图片
imshow(torchvision.utils.make_grid(images))

这里将测试集的图片进行显示出来（如下图，标签在最后），由于分辨率不高，因此显示的比较模糊。
![在这里插入图片描述](https://www.icode9.com/i/ll/?i=20210716203336957.png#pic_center

训练模型并保存

#定义损失函数有优化器
net = LeNet()
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

#开始训练
for epoch in range(10):  # loop over the dataset multiple times

    running_loss = 0.0
    for i, data in enumerate(trainloader, 0):
        #获取图片数据和标签
        inputs, labels = data

        # zero the parameter gradients
        optimizer.zero_grad()

        # forward + backward + optimize
        outputs = net(inputs)
        loss = criterion(outputs, labels)
        loss.backward()
        optimizer.step()

        # print statistics
        running_loss += loss.item()
        if i % 500 == 499:    # print every 2000 mini-batches
            with torch.no_grad():  #测试，不进行反向传播
                accuracy = 0.0
                for ii,data in enumerate(testloader):   #循环载入所有测试集图片
                    inputs,label = data
                    outputs = net(inputs)
                    predict = torch.max(outputs,dim=1)[1]
                    accuracy += (predict == label).sum().item()
                
                print('[%d, %5d] train_loss: %.3f test_accuracy: %.3f' %  
                                        (epoch + 1, i + 1, running_loss / 500,accuracy/len(testset)))
            running_loss = 0.0

print('Finished Training')
torch.save(net.state_dict(),"LeNet/LeNet.pth") #保存模型参数

运行上述代码，最后一个epoch的结果如下

可以看到图片的正确率已经到了68%，同时在LeNet目录下产生了模型文件LeNet.pth。接下来看如何使用

三、预测图片

在这一部分，加载前面训练好的模型LeNet.pth，在网上下载一张飞机，车，猫等我们在classes中定义过的类别的图片放到LeNet目录下，运行下面的代码（我使用的是一张马的图片）

import torch
import torchvision.transforms as transforms
from PIL import Image
from torchvision.transforms.transforms import Resize
from LeNetModel import LeNet

#必须采用和训练集相同的图片预处理方式
transform = transforms.Compose(
    [transforms.Resize((32,32)),  #模型输入规格是32*32，因此我们必须先把图片转成32*32
     transforms.ToTensor(),
     transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])

classes = ('plane', 'car', 'bird', 'cat',
    'deer', 'dog', 'frog', 'horse', 'ship', 'truck')

net = LeNet()
net.load_state_dict(torch.load('LeNet/LeNet.pth'))

im = Image.open("Lenet/horse.jpg")

#transform出来的矩阵是三维的，是[C,H,W]的格式
#必须写成[N,C,H,W]的形式
im = torch.unsqueeze(transform(im),dim = 0)

with torch.no_grad():
    outputs = net(im)
    predict = torch.max(outputs,dim = 1)[1].item()

print(classes[predict])

得到的结果是horse，所以还是挺准的

码农公寓

一、实现LeNet网络模型

二、训练模型

三、预测图片

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