第44步 深度学习图像识别:ResNet50建模(Tensorflow)

news2024/9/21 1:59:09

基于WIN10的64位系统演示

一、写在前面

(1)ResNet50

ResNet50是一种深度学习模型,由微软研究院的研究人员在2015年提出。"ResNet"的全称是"Residual Network",意为"残差网络","50"则表示这个网络包含50层。

ResNet50的主要特点是引入了"残差块"(Residual Block)。在传统的神经网络中,每一层都是在前一层的基础上添加新的变换,而在ResNet中,每一层都是在前一层的基础上添加新的变换,同时还保留了前一层的原始输入,这就是所谓的"残差"。这种设计使得网络可以更好地学习输入和输出之间的差异,而不是直接学习输出,这有助于提高模型的性能。

 

(2)ResNet50的预训练版本

Keras有ResNet50的预训练模型,省事:

 

二、ResNet50迁移学习代码实战

我们继续胸片的数据集:肺结核病人和健康人的胸片的识别。其中,肺结核病人700张,健康人900张,分别存入单独的文件夹中。

(a)导入包

from tensorflow import keras
import tensorflow as tf
from tensorflow.python.keras.layers import Dense, Flatten, Conv2D, MaxPool2D, Dropout, Activation, Reshape, Softmax, GlobalAveragePooling2D
from tensorflow.python.keras.layers.convolutional import Convolution2D, MaxPooling2D
from tensorflow.python.keras import Sequential
from tensorflow.python.keras import Model
from tensorflow.python.keras.optimizers import adam_v2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow.python.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator, image_dataset_from_directory
from tensorflow.python.keras.layers.preprocessing.image_preprocessing import RandomFlip, RandomRotation, RandomContrast, RandomZoom, RandomTranslation
import os,PIL,pathlib
import warnings
#设置GPU
gpus = tf.config.list_physical_devices("GPU")

if gpus:
    gpu0 = gpus[0] #如果有多个GPU,仅使用第0个GPU
    tf.config.experimental.set_memory_growth(gpu0, True) #设置GPU显存用量按需使用
    tf.config.set_visible_devices([gpu0],"GPU")
    
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

(b)导入数据集

#1.导入数据
data_dir = "./cat_dog"
data_dir = pathlib.Path(data_dir)
image_count = len(list(data_dir.glob('*/*')))
print("图片总数为:",image_count)

batch_size = 32
img_height = 100
img_width  = 100

train_ds = image_dataset_from_directory(
    data_dir,
    validation_split=0.2,
    subset="training",
    seed=12,
    image_size=(img_height, img_width),
    batch_size=batch_size)

val_ds = image_dataset_from_directory(
    data_dir,
    validation_split=0.2,
    subset="validation",
    seed=12,
    image_size=(img_height, img_width),
    batch_size=batch_size)

class_names = train_ds.class_names
print(class_names)
print(train_ds)


#2.检查数据
for image_batch, labels_batch in train_ds:
    print(image_batch.shape)
    print(labels_batch.shape)
    break

#3.配置数据
AUTOTUNE = tf.data.AUTOTUNE

def train_preprocessing(image,label):
    return (image/255.0,label)

train_ds = (
    train_ds.cache()
    .shuffle(800)
    .map(train_preprocessing)
    .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)
)

val_ds = (
    val_ds.cache()
.map(train_preprocessing)
    .prefetch(buffer_size=AUTOTUNE)
)

#4. 数据可视化
plt.figure(figsize=(10, 8))  
plt.suptitle("数据展示")

class_names = ["Dog","Cat"]

for images, labels in train_ds.take(1):
    for i in range(15):
        plt.subplot(4, 5, i + 1)
        plt.xticks([])
        plt.yticks([])
        plt.grid(False)
        plt.imshow(images[i])
        plt.xlabel(class_names[labels[i]-1])

plt.show()

(c)数据增强

data_augmentation = Sequential([
  RandomFlip("horizontal_and_vertical"),
  RandomRotation(0.2),
  RandomContrast(1.0),
  RandomZoom(0.5,0.2),
  RandomTranslation(0.3,0.5),
])

def prepare(ds):
    ds = ds.map(lambda x, y: (data_augmentation(x, training=True), y), num_parallel_calls=AUTOTUNE)
    return ds
train_ds = prepare(train_ds)

(d)导入ResNet50

#获取预训练模型对输入的预处理方法
from tensorflow.python.keras.applications import resnet
from tensorflow.python.keras import Input
IMG_SIZE = (img_height, img_width, 3)
base_model = resnet.ResNet50(include_top=False, #是否包含顶层的全连接层
                         weights='imagenet')

inputs = Input(shape=IMG_SIZE)
#模型
x = base_model(inputs, training=False) #参数不变化
#全局池化
x = GlobalAveragePooling2D()(x)
#BatchNormalization
x = BatchNormalization()(x)
#Dropout
x = Dropout(0.8)(x)
#Dense
x = Dense(128, kernel_regularizer=regularizers.l2(0.3))(x)  # 全连接层减少到128,添加 L2 正则化
#BatchNormalization
x = BatchNormalization()(x)
#激活函数
x = Activation('relu')(x)
#输出层
outputs = Dense(2, kernel_regularizer=regularizers.l2(0.3))(x)  # 添加 L2 正则化
#BatchNormalization
outputs = BatchNormalization()(outputs)
#激活函数
outputs = Activation('sigmoid')(outputs)
#整体封装
model = Model(inputs, outputs)
#打印模型结构
print(model.summary())

然后打印出模型的结构:

(e)编译模型

#定义优化器
from tensorflow.python.keras.optimizers import adam_v2, rmsprop_v2
#from tensorflow.python.keras.optimizer_v2.gradient_descent import SGD
optimizer = adam_v2.Adam()
#optimizer = SGD(learning_rate=0.001)
#optimizer = rmsprop_v2.RMSprop()
#编译模型
model.compile(optimizer=optimizer,
                loss='sparse_categorical_crossentropy',
                metrics=['accuracy'])

#训练模型
from tensorflow.python.keras.callbacks import ModelCheckpoint, Callback, EarlyStopping, ReduceLROnPlateau, LearningRateScheduler

NO_EPOCHS = 100
PATIENCE  = 10
VERBOSE   = 1

# 设置动态学习率
annealer = LearningRateScheduler(lambda x: 1e-5 * 0.99 ** (x+NO_EPOCHS))

# 设置早停
earlystopper = EarlyStopping(monitor='loss', patience=PATIENCE, verbose=VERBOSE)

# 
checkpointer = ModelCheckpoint('mtb_jet_best_model_ResNet50.h5',
                                monitor='val_accuracy',
                                verbose=VERBOSE,
                                save_best_only=True,
                                save_weights_only=True)

train_model  = model.fit(train_ds,
                  epochs=NO_EPOCHS,
                  verbose=1,
                  validation_data=val_ds,
                  callbacks=[earlystopper, checkpointer, annealer])

#保存模型
model.save('mtb_jet_best_model_ResNet50.h5')
print("The trained model has been saved.")

 模型训练速度也比较快。然而,准确率波动比较大:

(f)Accuracy和Loss可视化

import matplotlib.pyplot as plt

loss = train_model.history['loss']
acc = train_model.history['accuracy']
val_loss = train_model.history['val_loss']
val_acc = train_model.history['val_accuracy']
epoch = range(1, len(loss)+1)

fig, ax = plt.subplots(1, 2, figsize=(10,4))
ax[0].plot(epoch, loss, label='Train loss')
ax[0].plot(epoch, val_loss, label='Validation loss')
ax[0].set_xlabel('Epochs')
ax[0].set_ylabel('Loss')
ax[0].legend()
ax[1].plot(epoch, acc, label='Train acc')
ax[1].plot(epoch, val_acc, label='Validation acc')
ax[1].set_xlabel('Epochs')
ax[1].set_ylabel('Accuracy')
ax[1].legend()
plt.show()

通过这个图,观察模型训练情况:

蓝色为训练集,橙色为验证集。可以看到loss还是总体呈现下降趋势,验证集的loss虽有波动,但是可以接受。但是在准确度曲线,验证集的波动就很恐怖了,真的是冰红两重天。

(g)混淆矩阵可视化以及模型参数

没啥好说的,都跟之前的ML模型类似:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow.python.keras.models import load_model
from matplotlib.pyplot import imshow
from sklearn.metrics import classification_report, confusion_matrix
import seaborn as sns
import pandas as pd
import math
# 定义一个绘制混淆矩阵图的函数
def plot_cm(labels, predictions):
    
    # 生成混淆矩阵
    conf_numpy = confusion_matrix(labels, predictions)
    # 将矩阵转化为 DataFrame
    conf_df = pd.DataFrame(conf_numpy, index=class_names ,columns=class_names)  
    
    plt.figure(figsize=(8,7))
    
    sns.heatmap(conf_df, annot=True, fmt="d", cmap="BuPu")
    
    plt.title('混淆矩阵',fontsize=15)
    plt.ylabel('真实值',fontsize=14)
    plt.xlabel('预测值',fontsize=14)

val_pre   = []
val_label = []

for images, labels in val_ds:#这里可以取部分验证数据(.take(1))生成混淆矩阵
    for image, label in zip(images, labels):
        # 需要给图片增加一个维度
        img_array = tf.expand_dims(image, 0) 
        # 使用模型预测图片中的人物
        prediction = model.predict(img_array)
        val_pre.append(np.argmax(prediction))
        val_label.append(label)

plot_cm(val_label, val_pre)

cm_val = confusion_matrix(val_label, val_pre)    
a_val = cm_val[0,0]
b_val = cm_val[0,1]
c_val = cm_val[1,0]
d_val = cm_val[1,1]
acc_val = (a_val+d_val)/(a_val+b_val+c_val+d_val) #准确率:就是被分对的样本数除以所有的样本数
error_rate_val = 1 - acc_val #错误率:与准确率相反,描述被分类器错分的比例
sen_val = d_val/(d_val+c_val) #灵敏度:表示的是所有正例中被分对的比例,衡量了分类器对正例的识别能力
sep_val = a_val/(a_val+b_val) #特异度:表示的是所有负例中被分对的比例,衡量了分类器对负例的识别能力
precision_val = d_val/(b_val+d_val) #精确度:表示被分为正例的示例中实际为正例的比例
F1_val = (2*precision_val*sen_val)/(precision_val+sen_val) #F1值:P和R指标有时候会出现的矛盾的情况,这样就需要综合考虑他们,最常见的方法就是F-Measure(又称为F-Score)
MCC_val = (d_val*a_val-b_val*c_val) / (math.sqrt((d_val+b_val)*(d_val+c_val)*(a_val+b_val)*(a_val+c_val))) #马修斯相关系数(Matthews correlation coefficient):当两个类别具有非常不同的大小时,可以使用MCC
print("验证集的灵敏度为:",sen_val, 
      "验证集的特异度为:",sep_val,
      "验证集的准确率为:",acc_val, 
      "验证集的错误率为:",error_rate_val,
      "验证集的精确度为:",precision_val, 
      "验证集的F1为:",F1_val,
      "验证集的MCC为:",MCC_val)
    
train_pre   = []
train_label = []
for images, labels in train_ds:#这里可以取部分验证数据(.take(1))生成混淆矩阵
    for image, label in zip(images, labels):
        # 需要给图片增加一个维度
        img_array = tf.expand_dims(image, 0)
        # 使用模型预测图片中的人物
        prediction = model.predict(img_array)

        train_pre.append(np.argmax(prediction))
        train_label.append(label)
        
plot_cm(train_label, train_pre)

cm_train = confusion_matrix(train_label, train_pre)  
a_train = cm_train[0,0]
b_train = cm_train[0,1]
c_train = cm_train[1,0]
d_train = cm_train[1,1]
acc_train = (a_train+d_train)/(a_train+b_train+c_train+d_train)
error_rate_train = 1 - acc_train
sen_train = d_train/(d_train+c_train)
sep_train = a_train/(a_train+b_train)
precision_train = d_train/(b_train+d_train)
F1_train = (2*precision_train*sen_train)/(precision_train+sen_train)
MCC_train = (d_train*a_train-b_train*c_train) / (math.sqrt((d_train+b_train)*(d_train+c_train)*(a_train+b_train)*(a_train+c_train))) 
print("训练集的灵敏度为:",sen_train, 
      "训练集的特异度为:",sep_train,
      "训练集的准确率为:",acc_train, 
      "训练集的错误率为:",error_rate_train,
      "训练集的精确度为:",precision_train, 
      "训练集的F1为:",F1_train,
      "训练集的MCC为:",MCC_train)

效果只能说勉勉强强吧:

 (h)AUC曲线绘制

from sklearn import metrics
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow.python.keras.models import load_model
from matplotlib.pyplot import imshow
from sklearn.metrics import classification_report, confusion_matrix
import seaborn as sns
import pandas as pd
import math

def plot_roc(name, labels, predictions, **kwargs):
    fp, tp, _ = metrics.roc_curve(labels, predictions)

    plt.plot(fp, tp, label=name, linewidth=2, **kwargs)
    plt.plot([0, 1], [0, 1], color='orange', linestyle='--')
    plt.xlabel('False positives rate')
    plt.ylabel('True positives rate')
    ax = plt.gca()
    ax.set_aspect('equal')


val_pre_auc   = []
val_label_auc = []

for images, labels in val_ds:
    for image, label in zip(images, labels):      
        img_array = tf.expand_dims(image, 0) 
        prediction_auc = model.predict(img_array)
        val_pre_auc.append((prediction_auc)[:,1])
        val_label_auc.append(label)
auc_score_val = metrics.roc_auc_score(val_label_auc, val_pre_auc)


train_pre_auc   = []
train_label_auc = []

for images, labels in train_ds:
    for image, label in zip(images, labels):
        img_array_train = tf.expand_dims(image, 0) 
        prediction_auc = model.predict(img_array_train)
        train_pre_auc.append((prediction_auc)[:,1])#输出概率而不是标签!
        train_label_auc.append(label)
auc_score_train = metrics.roc_auc_score(train_label_auc, train_pre_auc)

plot_roc('validation AUC: {0:.4f}'.format(auc_score_val), val_label_auc , val_pre_auc , color="red", linestyle='--')
plot_roc('training AUC: {0:.4f}'.format(auc_score_train), train_label_auc, train_pre_auc, color="blue", linestyle='--')
plt.legend(loc='lower right')
#plt.savefig("roc.pdf", dpi=300,format="pdf")

print("训练集的AUC值为:",auc_score_train, "验证集的AUC值为:",auc_score_val)

ROC曲线如下:

三、调整过程

说实话,这个模型调整了很久。具体调整的方面如下:

  1. 动态学习率的初始学习数值:设置为1e-5,代码如下:

annealer = LearningRateScheduler(lambda x: 1e-5 * 0.99 ** (x+NO_EPOCHS))

(2)迭代次数增加到100次:NO_EPOCHS =100

思路就是给模型足够的时间慢慢学习,达到比较好的性能。

四、ResNet50、InceptionResnetV2、Mobilenet、Efficientnet、DenseNet201、Inception V3和VGG19的对比

 

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/690591.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

WPS 智能办公体验官公测-附申请链接

🥑 Welcome to Aedream同学 s blog! 🥑 文章目录 WPS 智能办公体验官官网步骤1:填写申请表单:步骤2:获取兑换码: AI办公时代 WPS大家都了解就不再多介绍了,个人还是很期待的,可以申请体验一波。 WPS 智能…

“京津冀现代商贸物流金融创新实践基地”揭牌成立

来源 | 廊坊银行 在6月17日举办的京津冀现代商贸物流金融创新发展论坛上,“京津冀现代商贸物流金融创新实践基地”正式授牌。据介绍,这是目前京津冀区域内首个商贸物流金融创新实践基地。中国物流与采购联合会会长何黎明、廊坊市现代商贸物流领导小组办…

G2. Teleporters (Hard Version)(二分)

Problem - 1791G2 - Codeforces 这道题给定一个数轴上的点 0,1,...,n1,其中每个点 i (1 ≤ i ≤ n) 都有一个传送门。在第 i 个点,你可以进行以下操作: 向左移动一格:花费 1 个金币。 向右移动一格:花费 1 个金币。 使…

同时配置cuda11.0和11.1环境

同时配置cuda11.0和11.1环境 背景思路流程电脑环境确认确认位置安装新CUDA环境1、执行cuda.exe2. 配置环境变量 安装cudnn 背景 【在电脑上安装多个版本的cuda】:电脑已经安装好了cuda11.0,由于mmdetection版本不匹配,所以想要再安装cuda11.…

【Java】 Java 中函数式接口的使用

本文仅供学习参考! 相关教程地址: https://www.runoob.com/java/java8-functional-interfaces.html https://www.cnblogs.com/dgwblog/p/11739500.html https://www.developer.com/java/java-functional-interfaces/ 接口是定义一组方法及其签名的契约。…

自学黑客(网络安全),一般人我劝你还是算了吧(自学网络安全学习路线--第五章 密码学基础上)【建议收藏】

文章目录 一、自学网络安全学习的误区和陷阱二、学习网络安全的一些前期准备三、自学网络安全学习路线一、密码学概述1、密码学的历史2、密码学的基本术语 二、密码学基本概念1、基本概念2、密码系统的安全性3、密码体制的分类4、密码体制的攻击 三、古典密码学四、对称密码算法…

Debezium系列之:监控 Debezium 实例

Debezium系列之:监控 Debezium 实例 一、概述二、实现步骤三、执行四、打开Grafana UI五、关闭集群 Debezium JMX相关的技术博客: Debezium系列之:安装jmx导出器监控debezium指标Debezium系列之:为Debezium集群JMX页面增加监控&a…

UE4/5动画系列(4.足部ik制作)

目录 前期准备 添加虚拟骨骼 ​编辑 腿部函数: 前肢: ​编辑 盆骨函数: 后肢: 进入动画图表: 前期准备 首先准备一个后期处理动画蓝图 然后【因为笔者之前的大象因为不知明原因崩溃,这里就不展示如何…

蓝桥杯专题-试题版-【圆的面积】【字符串对比】【字母图形】【核桃的数量】

点击跳转专栏>Unity3D特效百例点击跳转专栏>案例项目实战源码点击跳转专栏>游戏脚本-辅助自动化点击跳转专栏>Android控件全解手册点击跳转专栏>Scratch编程案例点击跳转>软考全系列点击跳转>蓝桥系列 👉关于作者 专注于Android/Unity和各种游…

如何用机器学习做淘宝用户画像分析?

用户画像,即用户信息标签化,就是企业通过收集与分析消费者社会属性、生活习惯、消费行为等主要信息的数据之后,完美抽象出一个用户的商业全貌是企业应用大数据技术的基本方式。 用户画像为企业提供了足够的信息基础,能够帮助企业…

ChatGPT最新版带来的多功能批量写作工具激发您的创作

随着人工智能的不断发展,ChatGPT最新版作为一款多功能批量写作工具,为创作者们带来了前所未有的创作体验。它能够通过自然语言处理和机器学习技术,生成高质量的文章、故事、对话等内容,为创作者们提供了无限的创作灵感和可能性。本…

MFC 用Stream读取资源里PNG资源 告别exe文件需要资源跟着

在资源视图里添加资源 导入PNG资源 会自动新建一个PNG的文件夹 这时候 PNG就已经在资源里了 但是CImage只能通过路径或者流的方式来加载 不能根据ID值 我们就自己写个方法 声明 bool LoadImageFromResource(IN CImage * pImage, IN UINT nResID, IN LPCSTR lpTyp);实现 bo…

蓝桥杯专题-试题版-【数列排序】【数列特征】【特殊的数字】【特殊回文数】

点击跳转专栏>Unity3D特效百例点击跳转专栏>案例项目实战源码点击跳转专栏>游戏脚本-辅助自动化点击跳转专栏>Android控件全解手册点击跳转专栏>Scratch编程案例点击跳转>软考全系列点击跳转>蓝桥系列 👉关于作者 专注于Android/Unity和各种游…

Unity 桌面精灵+鼠标穿透

透明功能shader: Shader "Custom/MakeTransparent" {Properties {_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}_TransparentColorKey ("Transparent Color Key", Color) = (0,1,0,1)_TransparencyMargin ("Transparency Margin&qu…

Spring Boot中的@GetMapping注解,如何使用

Spring Boot中的GetMapping注解 介绍 Spring Boot是一个流行的Java框架,它提供了许多方便的注解和工具,使得Web应用程序的开发变得更加容易。其中,GetMapping注解是Spring Boot中最常用的注解之一,它可以帮助开发者定义和处理HT…

C# 多张图片合成一张PDF

我是将每张图片转为byte[],再将所有的字节数组转为byte[][],然后对byte[][]进行的处理,大家有其他格式的图片要进行处理的可以先转为上述数据格式。 语种:C# 用到的第三方库:PdfSharp.dll(可直接使用PDFsharp包)&…

C++11右值引用

目录 概念左值和右值左值引用和右值引用 使用左值引用右值引用和移动语义 完美转发万能引用完美转发 概念 左值和右值 左值 左值是一个可以被取地址、修改的对象或变量,其具有固定的内存地址。 左值可以出现在赋值语句的左边,因为它们表示一个可被修…

rabbitmq安装步骤和遇到的问题

一、安装准备工具 1.下载Eralng,下面链接已提供otp_win64_20.2.exe 链接: https://pan.baidu.com/s/1lmvCMPVAV1Ba9UogCdQpZg 提取码:x9m7 2.下载rabbitmq,下面链接已提供rabbitmq-server-3.7.4.exe 链接: https:…

CentOS安装supervisor管理rocketmq进程

一、supervisor 介绍 Supervisor 翻译过来是监管人,在 Linux 中 Supervisor 是一个进程管理工具,当进程中断的时候 Supervisor 能自动重新启动它。可以运行在各种类 Linux/unix 的机器上,supervisor 就是用 Python 开发的一套通用的进程管理程…

【Qt】随记2:CV_Assert的用法

欢迎阅读本博文,本文主要记录Qt学习、工作中的一些注意点及相关笔记📃 希望记录的内容有帮助到你,也欢迎把你知道的分享给大家,一起进步!🎉 喜欢的话,请帮忙点赞👍、评论&#x1f4…