论文复现--基于LeNet网络结构的数字识别

news2024/11/17 13:54:05

前言

  • 一直就听说学习深度学习无非就是看论文,然后复现,不断循环,这段时间也看了好几篇论文(虽然都是简单的),但是对于我一个人自学,复现成功,我感觉还是挺开心的
  • 本人初学看论文的思路:聚焦网络结构与其实验的效果
  • LeNet虽然简单,很老了,但是毕竟经典,对于初学的的我来说,我感觉还是很有必要学习的,可以积累CNN网络结构模型
  • 注意:minist数据集可以直接下载,不用自己找,详情请看导入数据
  • 本来今天打算更新C从C++的变化基础的,但是由于种种原因,就先更新这篇吧

论文(知网可查询):基于LeNet-5的手写数字识别的改进方法

网络结构(LeNet):

  • 卷积层:两层

  • 池化层:两层

  • 卷积层参数:

    • 第一层:维度变化(1->6),步伐:1,卷积核:5 * 5
    • 第二层:维度变化(6->16),步伐:1,卷积核:5 * 5
  • 池化层:

    • 两层都是:卷积核:2 * 2,步伐:2
  • 全连接层:3层

    • 16 * 5 * 5 --> 120 --> 84 --> 10
  • 网络结构图如下(论文截图):

    在这里插入图片描述

结果

  • 轮次10,有点大了,可以降低
  • 相比第一课,发现在训练集的损失率、测试集的损失率、训练集的准确率都有提升,详情情况结果可视化

1、前期准备

1、设置GPU

import torch  # 用于张量计算和自动求导
import torch.nn as nn  # 构建神经网络和损失函数
import matplotlib.pyplot as plt # 绘图
import torchvision   # 专门处理视觉的库

# 设置GPU
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
print(device)
print(torch.__version__)
print(torchvision.__version__)
cuda
2.4.0
0.19.0

2、导入数据

# 将所有的数据图片统一格式, 论文大小为:32 * 32
from torchvision import transforms, datasets 

transforms = transforms.Compose([
    transforms.Resize([32, 32]),  # 统一图片大小
    transforms.ToTensor(),           # 统一规格
    transforms.Normalize(mean=[0.1307], std=[0.3081])  # MNIST的均值和方差
])
# download设置为True,可以自动下载图片
train_ds = torchvision.datasets.MNIST('data', train=True, transform=transforms, download=False)

test_ds = torchvision.datasets.MNIST('data', train=True, transform=transforms, download=False)
batch_size = 32
train_dl = torch.utils.data.DataLoader(train_ds, batch_size=batch_size, shuffle=True)

test_dl = torch.utils.data.DataLoader(test_ds, batch_size=batch_size, shuffle=True)
# 取一个批次查看数据格式
# 数据的shape为:[batch_size, channel, heigh, weight]
# batch_size是自己设定的,channel,height,weight分别是图片的通道数,高度,宽度
imgs, labels = next(iter(train_dl))
imgs.shape

结果:

torch.Size([32, 1, 32, 32])

3、数据可视化

import numpy as np

# 指定图片的大小,图像的大小为20宽,5高
plt.figure(figsize=(20,5))
for i, imgs in enumerate(imgs[:20]):
    # 维度缩减
    npimg = np.squeeze(imgs.numpy())
    # 将整个figure分层2行10列,绘制第i+1个子图
    plt.subplot(2, 10, i + 1)
    plt.imshow(npimg, cmap=plt.cm.binary)
    plt.axis('off')


在这里插入图片描述

2、构建简单的CNN网络

import torch.nn.functional as F

num_classes = 10 # 图片的类别数

class Model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        # 特征提取网络设置
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, kernel_size=5) 
        
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(2)                 
        
        self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, kernel_size=5) 
        
        self.pool2 = nn.MaxPool2d(2)                 
        
        # 分类网络设置
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, num_classes)
        
    # 前向传播
    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.conv1(x))
        x = self.pool1(x)
        x = F.relu(self.conv2(x))
        x = self.pool2(x)
        
        x = x.view(-1, 16 * 5 * 5)
        
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = F.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
         
        return x        

加载并且打印模型

from torchinfo import summary

# 将模型转移到GPU中
model = Model().to(device)

summary(model)
=================================================================
Layer (type:depth-idx)                   Param #
=================================================================
Model                                    --
├─Conv2d: 1-1                            156
├─MaxPool2d: 1-2                         --
├─Conv2d: 1-3                            2,416
├─MaxPool2d: 1-4                         --
├─Linear: 1-5                            48,120
├─Linear: 1-6                            10,164
├─Linear: 1-7                            850
=================================================================
Total params: 61,706
Trainable params: 61,706
Non-trainable params: 0
=================================================================
for X, y in train_dl:
    print(X.shape)  # 检查输入数据的形状
    break  # 只打印第一个批次的数据形状
torch.Size([32, 1, 32, 32])

3、模型训练

1、设置超参数

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()  # 创建损失函数
learn_rate = 1e-2  # 学习率
opt = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr = learn_rate)  

2、编写训练函数

def train(dataloader, model, loss_fn, optimizer):
    size = len(dataloader.dataset)      # 训练集大小一共60000张图片
    num_batchs = len(dataloader)        # 批次数目,1875  (60000/32)
    
    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的差距
        
        # 反向传播
        optimizer.zero_grad()  # gred属性归零
        loss.backward()        # 反向传播
        optimizer.step()       # 每一步自动跟新
        
        # 记录acc和loss
        train_acc += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()
        train_loss += loss.item()
        
    train_acc /= size
    train_loss /= num_batchs
    
    return train_acc, train_loss
        

3、编写测试函数

def test(dataloader, model, loss_fn):
    size = len(dataloader.dataset)  # 测试集的大小,一共10000张图片
    num_batches = len(dataloader)   # 批次数目,313(10000/32 = 321.5,向上取整)
    test_loss, test_acc = 0, 0
    
    # 当不进行训练时候,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

epochs = 10
train_loss = []
train_acc = []
test_loss = []
test_acc = []

for epoch in range(epochs):
    model.train()
    epoch_train_acc, epoch_train_loss = train(train_dl, model, loss_fn, opt)
    
    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)
    
    template = ('Eopch: {:2d}, Train_acc: {:.1f}%, Train_loss: {:.3f}, Test_acc: {:.1f}%, test_loss: {:.3f}')
    print(template.format(epoch+1, epoch_train_acc * 100, epoch_train_loss, epoch_test_acc, epoch_test_loss))
    
print('Done')
Eopch:  1, Train_acc: 75.9%, Train_loss: 0.739, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.144
Eopch:  2, Train_acc: 96.4%, Train_loss: 0.117, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.079
Eopch:  3, Train_acc: 97.6%, Train_loss: 0.080, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.073
Eopch:  4, Train_acc: 98.0%, Train_loss: 0.063, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.056
Eopch:  5, Train_acc: 98.4%, Train_loss: 0.053, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.048
Eopch:  6, Train_acc: 98.5%, Train_loss: 0.047, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.041
Eopch:  7, Train_acc: 98.7%, Train_loss: 0.042, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.035
Eopch:  8, Train_acc: 98.8%, Train_loss: 0.037, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.029
Eopch:  9, Train_acc: 99.0%, Train_loss: 0.033, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.029
Eopch: 10, Train_acc: 99.0%, Train_loss: 0.030, Test_acc: 1.0%, test_loss: 0.023
Done

4、结果可视化

import matplotlib.pyplot as plt
import warnings
# 忽略警告
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='Train Loss')
plt.plot(epochs_range, test_loss, label='Test Loss')
plt.legend(loc='upper right')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.show()


在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2133402.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

2-93 基于matlab的无人机FMCW(频率调制连续波)毫米波高度计雷达仿真

基于matlab的无人机FMCW(频率调制连续波)毫米波高度计雷达仿真,不考虑环境杂波和收发信号隔离泄漏。通过考虑雷达天线、波束形成、信号传播、回波接收等环节影响。建立FMCW毫米波雷达系统的数学模型,评估无人机在不同高度下的高度…

区块链先驱孙宇晨:引领价值传播,激发行业创新活力

​孙宇晨,这位被誉为“区块链布道师”的年轻企业家,以其独特的愿景和行动力在区块链行业中脱颖而出。作为波场TRON的创始人,他不仅是区块链技术的倡导者,更是一位不懈推动行业发展的领导者。他通过自身的努力和影响力,…

vxe-table之复选框 设置父子节点不互相关联

通过 checkStrictly 设置父子节点不互相关联&#xff0c;默认不显示头部复选框&#xff0c;可以通过 checkbox-config{showHeader} 设置 <template><div><vxe-table:column-config"{resizable: true}":data"tableData":tree-config"{…

Python 数学建模——Fitter 拟合数据样本的分布

文章目录 介绍代码实例 介绍 数学建模中很多时候&#xff0c;我们有某个随机变量 X X X 的若干样本 X 1 , X 2 , ⋯ , X n X_1,X_2,\cdots,X_n X1​,X2​,⋯,Xn​&#xff0c;想要还原随机变量 X X X 的概率密度函数 f ( x ) f(x) f(x)。诚然&#xff0c;高斯核密度估计可以…

使用WinRAR把bat文件打包成exe

WinRAR下载 官网地址&#xff1a;https://www.winrar.com.cn/#:~:text64%E4%BD%8D%20WinRAR 百度网盘: https://pan.baidu.com/s/16m8Hph3sHqR2hmrJpY0yKQ 提取码: 3340 选择bat文件&#xff0c;点击添加压缩 名称改成exe&#xff0c;压缩选项那块自动勾选 切换到高级&am…

王者荣耀改重复名(java源码)

王者荣耀改重复名 项目简介 “王者荣耀改重复名”是一个基于 Spring Boot 的应用程序&#xff0c;用于生成王者荣耀游戏中的唯一名称。通过简单的接口和前端页面&#xff0c;用户可以输入旧名称并获得一个新的、不重复的名称。 功能特点 生成新名称&#xff1a;提供一个接口…

PAM后门从入门到应急响应

目录 1. PAM与PAM后门介绍 PAM介绍 PAM后门 2.植入PAM后门 2.1 关闭 selinux 和临时关闭 setenforce 2.2 查看 pam 版本号 2.3 下载对应版本的 pam 源码包 2.4 安装gcc编译器和flex库 2.5 留 PAM 后门和保存 ssh登录的账户密码 2.6 编译 2.9 登录测试 3. 应急响应…

Synchronized的底层实现

Synchronized用法 Synchronized 是 Java 中的一个重要关键字&#xff0c;主要是用来加锁的。在使用Synchronized的时候需要指定一个对象&#xff0c;所以synchornized也被称为对象锁。 synchronized 的使用方法比较简单&#xff0c;主要可以用来修饰方法和代码块。根据其锁定…

PLC远程调试-无需硬件设备-V3.2.0发布

文章目录 前言一、无缝连接&#xff0c;突破距离限制二、高效调试&#xff0c;提升工作效率三、安全可靠&#xff0c;保护数据安全四、用户友好&#xff0c;简化操作流程五、软件地址六、远程调试软件 七、基本操作1、订阅主题2、连接3、串口调试4、网口调试 八、软件地址结束语…

【数据结构精讲】01绪论(基本概念介绍和时间复杂度计算)

绪论 在绪论这部分会介绍常用的一些基本概念&#xff0c;让同学们对这门课的整体有所了解&#xff01; 数据结构以及相关概念 一、几个重要概念 1、数据&#xff1a;凡是能输入到计算机并能被计算机程序处理的符号的总称 2、数据元素&#xff1a;数据的基本单位&#xff0…

C++实现单向链表操作(实验3--作业)

一、单向链表介绍 单向链表是一种常见的数据结构&#xff0c;它由一系列节点组成&#xff0c;每个节点包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针域。 结构特点&#xff1a; 单向链表的节点通过指针链接在一起&#xff0c;形成一个线性的数据结构。链表的头节点通常是一个特殊…

【Google Chrome Windows 64 version及 WebDriver 版本】

最近升级到最新版本Chrome后发现页面居然显示错乱实在无语, 打算退回原来的版本, 又发现官方只提供最新的版本下载, 为了解决这个问题所有收集了Chrome历史版本的下载地址分享给大家. Google Chrome Windows version 64 位 VersionSize下载地址Date104.0.5112.10282.76 MBhtt…

leetcode 2398.预算内的最多机器人数目

2398.预算内的最多机器人数目 题意&#xff1a; 解析&#xff1a; 需要注意的是&#xff0c;题目询问中连续是子数组的意思&#xff0c;即求满足条件的最长子数组的长度。 因为是连续的&#xff0c;所以可以用双指针扫描整个数组。每次将右指针 r r r 向右移动一个位置&…

Vue的缓存组件 | 详解KeepAlive

引言 在Vue开发中&#xff0c;我们经常需要处理大量的组件渲染和销毁操作&#xff0c;这可能会影响应用的性能和用户体验。而Vue的KeepAlive组件提供了一种简便的方式来优化组件的渲染和销毁流程&#xff0c;通过缓存已经渲染的组件来提升应用的性能。 本文将详细介绍Vue的Ke…

2024年职场人士PDF转换的新宠儿

PDF文件已经成为日常收发文件的首选项了&#xff0c;它能保证文件页面内容、版式的统一性&#xff0c;但是不太好编辑&#xff0c;所以我们还需要一些小工具来帮我们解决这个问题。今天我们来探讨一下有什么可以从pdf转换器免费版官网下载的工具。 1.Foxit PDF转换大师 链接一…

BuripSuiteProfessional 抓取HTTPS配置

1.电脑拿开代理 谷歌为例 点击三点-设置 -输入代理--点击代理设置 打开手动代理---IP ,端口如图-点击保存 2.下载CA证书 打开代理后,谷歌浏览器打开,输入/burp--如下图-点击CA证书下载证书 选择下载目录--桌面 3.安装CA证书 谷歌浏览器中点开设置-输入证书-点击安全 点击…

Apollo(阿波罗)架构由浅入深剖析

1.最简架构 如果不考虑分布式微服务架构中的服务发现问题,Apollo 的最简架构如下图所示: 注意事项: ConfigService 是一个独立的微服务,服务于 Client 进行配置获取。 Client 和 ConfigService 保持长连接,通过一种拖拉结合 (push & pull) 的模式,实现配置实时更新…

【鸿蒙】HarmonyOS NEXT星河入门到实战8-自定义组件-组件通信

目录 1、模块化语法 1.1 模块化基本认知 1.2 默认导出和导入 1.2.1 在ets下新建tools目录 1.2.2 在tools下新建moduls.ets文件 1.2.3 index.ets 1.3 按需导出和导入 1.4 全部导入 2、自定义组件 -基础 2.1 自定义组件 - 基本使用 2.2 自定义组件 -通用样式 2.2.1 et…

Wophp靶场寻找漏洞练习

1.命令执行漏洞 打开网站划到最下&#xff0c;此处的输入框存在任意命令执行漏洞 输入命令whoami 2.SQL注入 搜索框存在SQL注入&#xff0c;类型为整数型 最终结果可以找到管理员账户和密码 3.任意文件上传漏洞 在进入管理员后台后&#xff0c;上传木马文件 访问该文件&…

【智路】智路OS airos-edge

欢迎来到智路OS https://gitee.com/ZhiluCommunity/airos-edge 智路OS是全球首个开源开放的智能网联路侧单元操作系统&#xff08;简称“智路OS”&#xff09;&#xff0c; 是以高等级自动驾驶技术为牵引&#xff0c;沉淀出来的“车路云网图”一体化的智能交通基础软件平台。…