第P5周—运动鞋识别

news2024/11/24 18:31:11

一、前期工作

1.导入数据集

数据集:工作台 - Heywhale.com

import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from torchvision import transforms, datasets
import os, PIL, random, pathlib


data_dir = r'D:\P5-data\test'
data_dir = pathlib.Path(data_dir)

data_paths = list(data_dir.glob('*'))
classNames = [str(path).split("\\")[3]for path in data_paths]
print(classNames)

 2.数据集划分

在Windows上,PyTorch的多进程数据加载有一些限制和问题,所以我们使用num_workers=0:在数据加载器创建时,将num_workers参数设置为0,这会禁用多进程数据加载。这是一个简单的解决方法,但可能会降低数据加载的速度。

torchvision.transforms.Compose()详解【Pytorch入门手册】_K同学啊的博客-CSDN博客

train_transforms = transforms.Compose([
    transforms.Resize([224, 224]),  
    transforms.ToTensor(),          
    transforms.Normalize(           
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], 
        std=[0.229, 0.224, 0.225])  
])

test_transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize([224, 224]),  
    transforms.ToTensor(),          
    transforms.Normalize(           
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], 
        std=[0.229, 0.224, 0.225])  
])

train_dataset = datasets.ImageFolder("D:/P5-data/train/",transform=train_transforms)
test_dataset  = datasets.ImageFolder("D:/P5-data/test/",transform=train_transforms)

batch_size = 32

train_dl = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset,
                                       batch_size=batch_size,
                                       shuffle=True,
                                       num_workers=0)
test_dl = torch.utils.data.DataLoader(test_dataset,
                                      batch_size=batch_size,
                                      shuffle=True,
                                      num_workers=0)

关于批次大小的选择

需要根据特定问题和数据集的特征进行调整。一般来说,常见的批次大小值为32、64、128等。选择批次大小时,建议进行实验并监测训练和验证性能,以找到适合特定任务的最佳值。 

 3.检查数据

for images, labels in test_dl:
    print("Shape of images [N, C, H, W]: ", images.shape)
    print("Shape of labels: ", labels.shape, labels.dtype)
    break

 

 

 二、构建神经网络

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

class Model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Model, self).__init__()
        self.conv1=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 12, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(12),
            nn.ReLU()
        )

        self.conv2=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(12, 12, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(12),
            nn.ReLU()
        )

        self.pool3=nn.Sequential(
            nn.MaxPool2d(2)
        )

        self.conv4=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(12, 24, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(24),
            nn.ReLU()
        )

        self.conv5=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(24, 24, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(24),
            nn.ReLU()
        )

        self.pool6=nn.Sequential(
            nn.MaxPool2d(2)
        )

        self.dropout=nn.Sequential(
            nn.Dropout(0.5)
        )

        self.fc=nn.Sequential(
            nn.Linear(24*50*50, len(classNames)),
            nn.Dropout(0.3)
        )

    def forward(self, x):

        batch_size = x.size(0)
        x = self.conv1(x)
        x = self.conv2(x)
        x = self.pool3(x)
        x = self.conv4(x)
        x = self.conv5(x)
        x = self.pool6(x)
        x = self.dropout(x)
        # print(x.shape)
        x = x.view(batch_size, -1)  # flatten 编程全连接网络需要的输入(batch, 24*50*50_4
        x = self.fc(x)
        x = self.dropout(x)

        return x


device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
print("Using {} device".format(device))

model = Model().to(device)
print(model)

三、训练模型

1.动态学习率

def adjust_learning_rate(optimizer, epoch, start_lr):

    lr = start_lr * (0.92 ** (epoch // 2))
    for param_group in optimizer.param_groups:
        param_group['lr'] = lr

learn_rate = 1e-4 # 初始学习率
optimizer  = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=learn_rate)

2.训练函数

# 训练循环
def train(dataloader, model, loss_fn, optimizer):
    size = len(dataloader.dataset)  # 训练集的大小
    num_batches = len(dataloader)   # 批次数目, (size/batch_size,向上取整)

    train_loss, train_acc = 0, 0  # 初始化训练损失和正确率
    
    for X, y in dataloader:  # 获取图片及其标签
        X, y = X.to(device), y.to(device)
        
        # 计算预测误差
        pred = model(X)          # 网络输出
        loss = loss_fn(pred, y)  # 计算网络输出和真实值之间的差距,targets为真实值,计算二者差值即为损失
        
        # 反向传播
        optimizer.zero_grad()  # grad属性归零
        loss.backward()        # 反向传播
        optimizer.step()       # 每一步自动更新
        
        # 记录acc与loss
        train_acc  += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()
        train_loss += loss.item()
            
    train_acc  /= size
    train_loss /= num_batches

    return train_acc, train_loss

 3.测试函数

def test (dataloader, model, loss_fn):
    size        = len(dataloader.dataset)  # 测试集的大小
    num_batches = len(dataloader)          # 批次数目, (size/batch_size,向上取整)
    test_loss, test_acc = 0, 0
    
    # 当不进行训练时,停止梯度更新,节省计算内存消耗
    with torch.no_grad():
        for imgs, target in dataloader:
            imgs, target = imgs.to(device), target.to(device)
            
            # 计算loss
            target_pred = model(imgs)
            loss        = loss_fn(target_pred, target)
            
            test_loss += loss.item()
            test_acc  += (target_pred.argmax(1) == target).type(torch.float).sum().item()

    test_acc  /= size
    test_loss /= num_batches

    return test_acc, test_loss

4.正式训练

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()  # 创建损失汉书
epochs = 50

train_loss = []
train_acc = []
test_loss = []
test_acc = []

for epoch in range(epochs):
    # 更新学习率(使用自定义学习率使用)
    adjust_learning_rate(optimizer, epoch, learn_rate)

    model.train()
    epoch_train_acc, epoch_train_loss = train(train_dl, model, loss_fn, optimizer)

    model.eval()
    epoch_test_acc, epoch_test_loss = test(test_dl, model,  loss_fn)

    train_acc.append(epoch_train_acc)
    train_loss.append(epoch_train_loss)
    test_acc.append(epoch_test_acc)
    test_loss.append(epoch_test_loss)

    # 获取当前的学习率
    lr = optimizer.state_dict()['param_groups'][0]['lr']

    template = ('Epoch:{:2d}, Train_acc:{:.1f}%, Train_loss:{:.3f}, Test_acc:{:.1f}%, Test_loss:{:.3f}, Lr:{:.2E}')
    print(template.format(epoch + 1, epoch_train_acc * 100, epoch_train_loss,
                          epoch_test_acc * 100, epoch_test_loss, lr))
print('Done')

 

四、结果可视化

import matplotlib.pyplot as plt
# 隐藏警告
import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")  # 忽略警告信息
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False    # 用来正常显示负号
plt.rcParams['figure.dpi'] = 100              # 分辨率

epochs_range = range(epochs)

plt.figure(figsize=(12, 3))
plt.subplot(1, 2, 1)

plt.plot(epochs_range, train_acc, label='Training Accuracy')
plt.plot(epochs_range, test_acc, label='Test Accuracy')
plt.legend(loc='lower right')
plt.title('Training and Validation Accuracy')

plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(epochs_range, train_loss, label='Training Loss')
plt.plot(epochs_range, test_loss, label='Test Loss')
plt.legend(loc='upper right')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.show()

 

五、完整代码

import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from torchvision import transforms, datasets
import os, PIL, random, pathlib


data_dir = r'D:\P5-data\test'
data_dir = pathlib.Path(data_dir)

data_paths = list(data_dir.glob('*'))
classNames = [str(path).split("\\")[3]for path in data_paths]
print(classNames)

train_transforms = transforms.Compose([
    transforms.Resize([224, 224]),  
    transforms.ToTensor(),          
    transforms.Normalize(           
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], 
        std=[0.229, 0.224, 0.225])  
])

test_transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize([224, 224]),  
    transforms.ToTensor(),          
    transforms.Normalize(           
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], 
        std=[0.229, 0.224, 0.225])  
])

train_dataset = datasets.ImageFolder("D:/P5-data/train/",transform=train_transforms)
test_dataset  = datasets.ImageFolder("D:/P5-data/test/",transform=train_transforms)

batch_size = 32

train_dl = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset,
                                       batch_size=batch_size,
                                       shuffle=True,
                                       num_workers=0)
test_dl = torch.utils.data.DataLoader(test_dataset,
                                      batch_size=batch_size,
                                      shuffle=True,
                                      num_workers=0)

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

class Model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Model, self).__init__()
        self.conv1=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 12, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(12),
            nn.ReLU()
        )

        self.conv2=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(12, 12, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(12),
            nn.ReLU()
        )

        self.pool3=nn.Sequential(
            nn.MaxPool2d(2)
        )

        self.conv4=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(12, 24, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(24),
            nn.ReLU()
        )

        self.conv5=nn.Sequential(
            nn.Conv2d(24, 24, kernel_size=5, padding=0),
            nn.BatchNorm2d(24),
            nn.ReLU()
        )

        self.pool6=nn.Sequential(
            nn.MaxPool2d(2)
        )

        self.dropout=nn.Sequential(
            nn.Dropout(0.5)
        )

        self.fc=nn.Sequential(
            nn.Linear(24*50*50, len(classNames)),
            nn.Dropout(0.3)
        )

    def forward(self, x):

        batch_size = x.size(0)
        x = self.conv1(x)
        x = self.conv2(x)
        x = self.pool3(x)
        x = self.conv4(x)
        x = self.conv5(x)
        x = self.pool6(x)
        x = self.dropout(x)
        # print(x.shape)
        x = x.view(batch_size, -1)  # flatten 编程全连接网络需要的输入(batch, 24*50*50_4
        x = self.fc(x)
        x = self.dropout(x)

        return x


device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
print("Using {} device".format(device))

model = Model().to(device)


def adjust_learning_rate(optimizer, epoch, start_lr):
    # 每2个epoch衰减到原来的0.92
    lr = start_lr * (0.92 ** (epoch // 2))
    for param_group in optimizer.param_groups:
        param_group['lr'] = lr

learn_rate = 1e-4  # 初始学习率
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learn_rate)



# 训练循环
def train(dataloader, model, loss_fn, optimizer):
    size = len(dataloader.dataset)  # 训练集的大小
    num_batches = len(dataloader)   # 批次数目, (size/batch_size,向上取整)

    train_loss, train_acc = 0, 0  # 初始化训练损失和正确率
    
    for X, y in dataloader:  # 获取图片及其标签
        X, y = X.to(device), y.to(device)
        
        # 计算预测误差
        pred = model(X)          # 网络输出
        loss = loss_fn(pred, y)  # 计算网络输出和真实值之间的差距,targets为真实值,计算二者差值即为损失
        
        # 反向传播
        optimizer.zero_grad()  # grad属性归零
        loss.backward()        # 反向传播
        optimizer.step()       # 每一步自动更新
        
        # 记录acc与loss
        train_acc  += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()
        train_loss += loss.item()
            
    train_acc  /= size
    train_loss /= num_batches

    return train_acc, train_loss

def test (dataloader, model, loss_fn):
    size        = len(dataloader.dataset)  # 测试集的大小
    num_batches = len(dataloader)          # 批次数目, (size/batch_size,向上取整)
    test_loss, test_acc = 0, 0
    
    # 当不进行训练时,停止梯度更新,节省计算内存消耗
    with torch.no_grad():
        for imgs, target in dataloader:
            imgs, target = imgs.to(device), target.to(device)
            
            # 计算loss
            target_pred = model(imgs)
            loss        = loss_fn(target_pred, target)
            
            test_loss += loss.item()
            test_acc  += (target_pred.argmax(1) == target).type(torch.float).sum().item()

    test_acc  /= size
    test_loss /= num_batches

    return test_acc, test_loss

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()  # 创建损失汉书
epochs = 50

train_loss = []
train_acc = []
test_loss = []
test_acc = []

for epoch in range(epochs):
    # 更新学习率(使用自定义学习率使用)
    adjust_learning_rate(optimizer, epoch, learn_rate)

    model.train()
    epoch_train_acc, epoch_train_loss = train(train_dl, model, loss_fn, optimizer)

    model.eval()
    epoch_test_acc, epoch_test_loss = test(test_dl, model,  loss_fn)

    train_acc.append(epoch_train_acc)
    train_loss.append(epoch_train_loss)
    test_acc.append(epoch_test_acc)
    test_loss.append(epoch_test_loss)

    # 获取当前的学习率
    lr = optimizer.state_dict()['param_groups'][0]['lr']

    template = ('Epoch:{:2d}, Train_acc:{:.1f}%, Train_loss:{:.3f}, Test_acc:{:.1f}%, Test_loss:{:.3f}, Lr:{:.2E}')
    print(template.format(epoch + 1, epoch_train_acc * 100, epoch_train_loss,
                          epoch_test_acc * 100, epoch_test_loss, lr))
print('Done')

import matplotlib.pyplot as plt
# 隐藏警告
import warnings
warnings.filterwarnings("ignore")  # 忽略警告信息
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False    # 用来正常显示负号
plt.rcParams['figure.dpi'] = 100              # 分辨率

epochs_range = range(epochs)

plt.figure(figsize=(12, 3))
plt.subplot(1, 2, 1)

plt.plot(epochs_range, train_acc, label='Training Accuracy')
plt.plot(epochs_range, test_acc, label='Test Accuracy')
plt.legend(loc='lower right')
plt.title('Training and Validation Accuracy')

plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(epochs_range, train_loss, label='Training Loss')
plt.plot(epochs_range, test_loss, label='Test Loss')
plt.legend(loc='upper right')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.show()

 

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语音识别算法设计-基于MFCCDTW算法-MatlabC代码&#xff08;全定点加速&#xff09;版本 语音识别算法主要涉及特征提取、统计建模和识别技术等几个关键方面。在此使用MFCCDTW算法的方式给出语音识别的代码&#xff0c;首先进行简单介绍。 Matlab版本代码地址&#xff1a;http…

基于STC15单片机温度光照检测系统-proteus仿真-源程序

一、系统方案 1、本设计采用STC15单片机作为主控器。 2、光敏电阻采集光照值送到液晶1602和串口显示。 3、DS18B20采集温度值&#xff0c;送到液晶1602和串口显示。 二、硬件设计 原理图如下&#xff1a; 三、单片机软件设计 1、首先是系统初始化 /-----------------------…

Vector 模拟实现

前言 本文将会向您介绍如何模拟实现vector 引入 Vector是一种动态数组&#xff0c;也是C标准库中的容器之一。它提供了一种存储和操作一系列元素的方式&#xff0c;类似于数组&#xff0c;但具有更多的功能和灵活性。 Vector可以存储不同类型的元素&#xff0c;并且可以根据…

关于老项目从JDK8升级到JDK17所需要注意的细节

文章目录 ☀️1.关于老项目从JDK8升级到JDK17所需要注意的细节&#x1f338;1.1.更新JDK&#x1f338;1.2.修改Idea中的JDK版本&#x1f338;1.3.关于修改过程中遇到的异常&#x1f338;1.4.IDEA工具栏操作Maven正常&#xff0c;但使用mvn命令运行就报错 ☀️1.关于老项目从JDK…

烧结金属材料和硬质合金弹性模量的测定

声明 本文是学习GB-T 5166-2023 烧结金属材料和硬质合金弹性模量的测定. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们 1 范围 本文件描述了烧结金属材料和硬质合金弹性模量的测定方法。 本文件适用于采用纵向振动法测定烧结金属材料和硬质合金的动…

Windows 10任务栏点不动了,右下角wifi、音量也都消失了,只剩下个时间

Windows 10任务栏点不动了&#xff0c;右下角wifi、音量也都消失了&#xff0c;只剩下个时间 解决方法图例如下 解决方法 快捷键Ctrlaltdelete&#xff0c;选择任务管理器打开&#xff0c;选择“文件”-“运行新任务”&#xff1a;就会打开运行窗口&#xff0c;输入&#xff1…

动态规划:子序列问题(C++)

动态规划&#xff1a;子序列问题 前言子序列问题1.最长递增子序列&#xff08;中等&#xff09;2.摆动序列&#xff08;中等&#xff09;3.最长递增子序列的个数&#xff08;中等&#xff09;4.最长数对链&#xff08;中等&#xff09;5.最长定差子序列&#xff08;中等&#x…

SQL优化--排序优化(order by)

Using filesort : 通过表的索引或全表扫描&#xff0c;读取满足条件的数据行&#xff0c;然后在排序缓冲区sort buffer中完成排序操作&#xff0c;所有不是通过索引直接返回排序结果的排序都叫 FileSort 排序。 Using index : 通过有序索引顺序扫描直接返回有序数据&#xff0c…

linux驱动开发day6--(epoll实现IO多路复用、信号驱动IO、设备树以及节点和属性解析相关API使用)

一、IO多路复用--epoll实现 1.核心&#xff1a; 红黑树、一张表以及三个接口、 2.实现过程及API 1&#xff09;创建epoll句柄/创建红黑树根节点 int epfdepoll_create(int size--无意义&#xff0c;>0即可)----------成功&#xff1a;返回根节点对应文件描述符&#xf…

计算机二级python基础题刷题笔记(二)

1、等比数列 1、获得用户输入的以逗号分隔的三个数字&#xff0c;记为a,b,c,以a为起始数值&#xff0c;b为前后相邻数的比值&#xff0c;c为数列长度 &#xff0c;产生一个等比数列&#xff0c;将这个数列以逗号分隔的形式输出&#xff0c;最后一个元素输出后无逗号 等比数列公…

匿名管道-

因为父子进程是共享文件描述符的环形队列&#xff0c;只能读一次 会被后面覆盖 /*#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]);功能&#xff1a;创建一个匿名管道&#xff0c;用于进程间通信参数&#xff1a;int 类型数组 &#xff0c;是传出参数pipefd[0]是管道读端 p…

企业级SpringBoot单体项目模板 ——整合MySQL和Mybatis-plus

&#x1f61c;作 者&#xff1a;是江迪呀✒️本文关键词&#xff1a;Springboot、数据库、Git、项目☀️每日 一言&#xff1a;野心是对梦想最好的致敬&#xff01; 上回我们已经成功的创建了一个SpringBoot的单体项目并测试启动并了&#xff0c;但是光有个空架子是…