深度学习3.5 图像分类数据集

news2025/4/23 7:40:37

%matplotlib inline
import torch
import torchvision
from torch.utils import data
from torchvision import transforms
from d2l import torch as d2l

代码执行流程图

3.5.1 读取数据集

trans = transforms.ToTensor()
mnist_train = torchvision.datasets.FashionMNIST(
    root="../data", train=True, transform=trans, download=True)
mnist_test = torchvision.datasets.FashionMNIST(
    root="../data", train=False, transform=trans, download=True)

下载并加载FashionMNIST数据集
‌关键参数‌：
transform=trans：将图像转换为张量（形状 [1, 28, 28]，值域 [0,1]）。
download=True：若本地无数据则自动下载。
‌数据集结构‌：
训练集：60,000 张 28x28 灰度图像。
测试集：10,000 张 28x28 灰度图像。

def get_fashion_mnist_labels(labels):
    text_labels = ['t-shirt', 'trouser', 'pullover', 'dress', 'coat', 
                   'sandal', 'shirt', 'sneaker', 'bag', 'ankle boot']
    return [text_labels[int(i)] for i in labels]

标签映射
将数字标签（0-9）转换为可读的文本标签（如 0 → ‘t-shirt’）。

def show_images(imgs, num_rows, num_cols, titles=None, scale=1.5):
    figsize = (num_cols * scale, num_rows * scale)
    _, axes = d2l.plt.subplots(num_rows, num_cols, figsize=figsize)
    axes = axes.flatten()
    for i, (ax, img) in enumerate(zip(axes, imgs)):
        if torch.is_tensor(img):
            ax.imshow(img.numpy())
        else:
            ax.imshow(img)
        ax.axes.get_xaxis().set_visible(False)
        ax.axes.get_yaxis().set_visible(False)
        if titles:
            ax.set_title(titles[i])
    return axes

输入 imgs 可以是张量或PIL图像。
squeeze()：移除单通道维度（1x28x28 → 28x28），否则 imshow 可能报错。
cmap=‘gray’：确保灰度图正确显示（默认可能为彩色）。

X, y = next(iter(data.DataLoader(mnist_train, batch_size=18)))
show_images(X.reshape(18, 28, 28), 2, 9, titles=get_fashion_mnist_labels(y));

‌输出‌：显示 2行x9列的图像网格，标题为对应的文本标签。
X.reshape(18, 28, 28)：调整形状以匹配 imshow 的输入要求（原始形状为 18x1x28x28）。

在这里插入图片描述

3.5.2 读取小批量

batch_size = 256

def get_dataloader_workers():
    return 4  # 根据CPU核心数调整（通常设为4-8）

train_iter = data.DataLoader(
    mnist_train, batch_size, shuffle=True, num_workers=get_dataloader_workers())

shuffle=True：打乱训练数据顺序，避免模型记忆批次。
num_workers=4：启用4个进程并行加载数据，加速数据读取。

timer = d2l.Timer()
for X, y in train_iter:
    continue
print(f'加载时间：{timer.stop():.2f} sec')

‘2.30 sec’

3.5.3 整合所有组件

def load_data_fashion_mnist(batch_size, resize=None):
    trans = [transforms.ToTensor()]
    if resize:
        trans.insert(0, transforms.Resize(resize)) # Resize必须在ToTensor前
    trans = transforms.Compose(trans)
    mnist_train = torchvision.datasets.FashionMNIST(
        root="../data", train=True, transform=trans, download=True)
    mnist_test = torchvision.datasets.FashionMNIST(
        root="../data", train=False, transform=trans, download=True)
    return (data.DataLoader(mnist_train, batch_size, shuffle=True,
           num_workers=get_dataloader_workers()),
            data.DataLoader(mnist_test, batch_size, shuffle=False,
           num_workers=get_dataloader_workers()))

‌功能扩展‌：支持调整图像尺寸（如 resize=64 将图像缩放为 64x64）。
‌预处理顺序‌：
Resize（若指定）
ToTensor（转为张量并归一化）

train_iter, test_iter = load_data_fashion_mnist(32, resize=64)
for X, y in train_iter:
    print(f'X形状: {X.shape}, 数据类型: {X.dtype}')  # 输出如 torch.Size([32,1,64,64])
    print(f'y形状: {y.shape}, 数据类型: {y.dtype}')  # 输出如 torch.int64
    break