Show, Attend, and Tell | a PyTorch Tutorial to Image Captioning代码调试（跑通）

前言

Show, Attend, and Tell是一个使用图像生成描述性字幕的模型。该模型通过注意力机制，学习如何在生成字幕时，关注与当前要生成的单词最相关的图像部分。在生成字幕过程中，我们可以看到模型的视线在图像上移动。

代码：sgrvinod/a-PyTorch-Tutorial-to-Image-Captioning: Show, Attend, and Tell | a PyTorch Tutorial to Image Captioning (github.com)
论文：Show, Attend and Tell: Neural Image CaptionGeneration with Visual Attention (arxiv.org)

1. 创建、安装所用的包

在本节中，我们主要介绍如何创建用于运行Show, Attend, and Tell代码的环境。

1.1 创建环境，安装pytorch包

1. 创建show_attend_tell 环境

conda create -n show_attend_tell python=3.6

2. 进入所创建环境show_attend_tell

conda activate show_attend_tell

3. 为了在具有 CUDA 9.0 的服务器上安装 PyTorch 包，您可以按照官网的指南进行操作。安装命令如下（注意，后来发现我的服务器CUDA与pytorch不匹配，我又切换为CUDA=9.2版本，重新安装了Pytorch=1.5）：

conda install pytorch==1.1.0 torchvision==0.3.0 cudatoolkit=9.0 -c pytorch

4. 下图可以说明GPU是可以正常运行的。

1.2 安装其他必要的包

1. scipy是一个Python科学计算库，包含了许多常用的数学、科学和工程计算功能，例如信号处理、优化器、图像处理等。详细描述，请参照 第三章（2）：深入理解NTLK库基本使用方法_安静到无声的博客-CSDN博客

2. nltk是自然语言处理（NLP）领域的Python库，提供了许多实用的工具和数据集，例如分词、词性标注、语言模型等。详细描述，请参照 第三章（3）：深入理解Spacy库基本使用方法_安静到无声的博客-CSDN博客

3. h5py是一种用于读写HDF5文件的Python库，HDF5文件是一种用于存储和交换科学数据的文件格式。在深度学习中，很多模型都使用HDF5格式来保存和加载权重参数。

4. tqdm是一个Python进度条库，可以在循环过程中显示进度条和估计的剩余时间，方便用户追踪长时间运行的程序的进度。

conda install scipy
conda install nltk
conda install h5py
conda install tqdm

2. 准备数据

本实验是在Flickr8k数据上进行的，可以前往以下链接：[ Flickr 8k Dataset]下载官方数据。

数据集中文本文件类型如下：

1. Flickr_8k.trainImages.txt、Flickr_8k.testImages.txt和Flickr_8k.devImages.txt：包含了训练、测试和验证集中图片的文件名。

2. Flickr8k.token.txt和Flickr8k.lemma.token.txt：包含了每张图片的标题。

3. ExpertAnnotations.txt和CrowdFlowerAnnotations.txt：包含了每张图片的人工评注数据。

之后需要对Flickr8k数据集的文件进行预处理，生成符合COCO JSON格式的输入数据，以用于后续的图像标题生成实验，具体教程请参照成功实现：将Flickr8k.token.txt转换为JSON格式（其他数据集可仿照迁移）_安静到无声的博客-CSDN博客。读者也可以访问该此网站自行下载。

3. create_input_files.py调试

在准备好数据之后， 我们运行create_input_files.py。

入口函数参数值的含义如下：

dataset：数据集名称，可选值为 coco、flickr8k 和 flickr30k。
karpathy_json_path：Karpathy JSON 文件的路径，其中包含了数据集的划分和图像描述。
image_folder：包含下载的图像的文件夹路径。 captions_per_image：每张图像抽样的图像描述数。
min_word_freq：单词频率的阈值，小于此阈值的单词将被替换成 标记。
output_folder：保存文件的文件夹路径。 max_len：允许抽样的图像描述最大长度，超过此长度的描述将被过滤掉。

最后基于flickr8k数据集，我们修改了参数配置，具体如下：

create_input_files(dataset='flickr8k',  
                   karpathy_json_path='/home/lihuanyu/Data/flickr8k/dataset_flickr8k.json',  
                   image_folder='/home/lihuanyu/Data/flickr8k/Flickr8k_Dataset/Flicker8k_Dataset/',  
                   captions_per_image=5,  
                   min_word_freq=5,  
                   output_folder='/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/result/',  
                   max_len=50)

不出意外当然还是报错呢~，具体错误如下:

我们安装pip install imageio，再将from scipy.misc import imread, imresize改为

from imageio import imread  
from scipy.misc import imresize

但是仍然会报出如下错误：

参考解决方法cannot import name ‘imresize‘ from ‘scipy.misc‘ - 腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

我们将img = imresize(img, (256, 256))改为

img = np.array(Image.fromarray(img).resize((256, 256)))

程序最终可以正常运行：

由图可知，一共6000张用于训练、1000张用于测试、1000张用于验证。

最终在result文件夹中生成了如下文件：

至此create_input_files.py调试完成，数据的准备阶段也已经完成。

4. train.py调试

打开train.py我们可以看到需要配置以下参数：

初始阶段，我们只修改与数据路径有关的参数配置，不改变其余参数，能够保证可以正常训练即可。

路径的修改如下图所示：

data_folder = '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/result'  # folder with data files saved by create_input_files.py 由create_input_files.py创建的包含数据文件的文件夹”  
data_name = 'flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq'  # base name shared by data files 数据文件共享的基础名称

然后开始运行train.py程序，可以看到成功下载卷积神经网络权重数据。

但是还是报出了如下错误~

这个错误比较简单，修改为如下程序即可：

继续运行train.py函数，我们可以发现程序可以直接运行：

但是在执行完第一个epoch之后，模型报错，如下所示：

这是因为只更改了train函数函数中的错误，没有更新validate函数错误。

修改后的代码，终于可以正常运行。

5. caption.py调试

1. 直接运行caption.py程序，会显示如下错误：

我们安装matplotlib包即可，如果想了解matplotlib的基本使用方法，请访问：第二章（1）：Python入门：语法基础、面向对象编程和常用库介绍_安静到无声的博客-CSDN博客

2. 运行后，又报出如下错误：

我们接着安装skimage即可，参考解决方案如下：ModuleNotFoundError: No module named ‘skimage‘modulenotfounderror: no module named 'skimage==cjw==的博客-CSDN博客

3. 继续运行，出现如下错误。

这与调试create_input_files.py时出现的错误一样，我们做相同的修改即可。

4. 继续运行，出现如下错误。

这是由于没有加载模型，图片和字典，我们修改如下：

parser.add_argument('--img', '-i', default= '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/img/1007129816_e794419615.jpg', help='path to image')  # 图片的路径  
parser.add_argument('--model', '-m', default= '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/BEST_checkpoint_flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq.pth.tar', help='path to model')  # 模型的路径  
parser.add_argument('--word_map', '-wm',default='/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/result/WORDMAP_flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq.json', help='path to word map JSON') # json的路径

5. 继续运行，报出如下错误。

错误修改方法，同第3点。

6. 继续运行，报出如下错误。

这是由于版本不一致造成的，我们又在CUDA=9.2版本，重新安装了Pytorch=1.5的版本。

命令如下：

pip install torch==1.5.1+cu92 torchvision==0.6.1+cu92 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

7. 继续运行

可以输出如下结果：

6. eval.py调试

该程序的配置参数不多，具体如下所示：

我们按照train.py的配置方式，对eval.py代码进行修改。

# Parameters  
data_folder = '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/result'  # folder with data files saved by create_input_files.py  
data_name =  'flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq'   # base name shared by data files  
checkpoint = '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/BEST_checkpoint_flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq.pth.tar'  # model checkpoint  
word_map_file = '/home/lihuanyu/code/09show_attend_tell/result/WORDMAP_flickr8k_5_cap_per_img_5_min_word_freq.json'  # word map, ensure it's the same the data was encoded with and the model was trained with

运行程序，出现了以下错误：

我们参照了ValueError: max() arg is an empty sequence · Issue #191 · sgrvinod/a-PyTorch-Tutorial-to-Image-Captioning (github.com)的方法进行解决。

再次运行，可以得到如下结果。

总结

至此我们完成了Show, Attend and Tell: Neural Image CaptionGeneration with Visual Attention的代码复现，后续将对每个py文件进行详细注解，感谢关注。

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参考
Previous PyTorch Versions | PyTorch
show attend and tell代码实现（绝对详细）_show attend and tell pytorch代码_饿了就干饭的博客-CSDN博客