卷积神经网络--猫狗系列【CNN】

news2024/12/23 17:13:31

数据集，这次这个是分了类的【文末分享】

各12500张：

两点需要注意：

①猫狗分类是彩色图片，所以是3个channel；

②猫狗分类的图片大小不一，但是CNN的输入要求是固定大小，所以要resize。

划分训练集和测试集：

文件夹如下：

这里要注意，文件里面有三个图片是打不开的，这会导致后续运行时报错，打不开的三个图片分别是：猫猫666,猫猫10404，狗狗11702：【要么替换图片要么直接删掉（这个我选择的是替换）】

然后按照8：2来划分：（移动文件的过程，从train随机选取一些图片到test中）

import os,shutildef mymovefile(srcfile,dstfile):    if not os.path.isfile(srcfile):        print("src not exist!")    else:        fpath,fname=os.path.split(dstfile)    #分离文件名和路径        if not os.path.exists(fpath):            os.makedirs(fpath)                #创建路径        shutil.move(srcfile,dstfile)          #移动文件test_rate=0.2#训练集和测试集的比例为8:2。img_num=12500test_num=int(img_num*test_rate)import randomtest_index = random.sample(range(0, img_num), test_num)file_path=r"D:\Users\Twilight\PycharmProjects\CNN\PetImages"tr="train"te="test"cat="Cat"dog="Dog"#将上述index中的文件都移动到/test/Cat/和/test/Dog/下面去。for i in range(len(test_index)):    #移动猫    srcfile=os.path.join(file_path,tr,cat,str(test_index[i])+".jpg")    dstfile=os.path.join(file_path,te,cat,str(test_index[i])+".jpg")    mymovefile(srcfile,dstfile)    #移动狗    srcfile=os.path.join(file_path,tr,dog,str(test_index[i])+".jpg")    dstfile=os.path.join(file_path,te,dog,str(test_index[i])+".jpg")    mymovefile(srcfile,dstfile)

猫狗分类的数据集预处理：

import numpy as npfrom torchvision import transforms,datasets#定义transformstransforms = transforms.Compose([transforms.RandomResizedCrop(150),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406],                            std=[0.229, 0.224, 0.225])])
train_data = datasets.ImageFolder(os.path.join(file_path,tr), transforms)test_data=datasets.ImageFolder(os.path.join(file_path,te), transforms)

RandomResizedCrop(150)是用来把图片的每一个channel大小都变成（150，150）；

mean=[0.485, 0.456, 0.406]，有3个数的原因是猫狗分类是彩色图片，所以有3个channel，所以每一个channel上都有一个平均值，同理，std也是；

上面的data已经把猫狗的图片都囊括了，而且标签已经自动变成了0和1。这就是ImageFolder的威力。

做一下测试：

#测试print(train_data)print(len(train_data))print(len(test_data))

print(train_data[0][0])print(train_data[0][1])

第一张[0]训练图片的具体情况：前面是图片[0]，后面是标签[1]。标签0代表猫猫，1代表狗狗：因为在/train的文件夹下Cat在Dog的前面，所以前者是0，后者是1。

print(train_data[0][0].shape)print(train_data[1][0].shape)

每一张图片都是（3，150，150），3表示3个channel。

结果分析：（都是合理的）

网络架构以及训练结果

from torch.utils import databatch_size=32train_loader = data.DataLoader(train_data,batch_size=batch_size,shuffle=True,pin_memory=True)test_loader = data.DataLoader(test_data,batch_size=batch_size)import torchimport torch.nn as nnimport torch.nn.functional as Fimport torch.optim as optim#架构会有很大的不同，因为28*28-》150*150,变化挺大的，这个步长应该快一点。class CNN(nn.Module):    def __init__(self):        super(CNN,self).__init__()        self.conv1=nn.Conv2d(3,20,5,5)#和MNIST不一样的地方，channel要改成3，步长我这里加快了，不然层数太多。        self.conv2=nn.Conv2d(20,50,4,1)        self.fc1=nn.Linear(50*6*6,200)        self.fc2=nn.Linear(200,2)#这个也不一样，因为是2分类问题。    def forward(self,x):        #x是一个batch_size的数据        #x:3*150*150        x=F.relu(self.conv1(x))        #20*30*30        x=F.max_pool2d(x,2,2)        #20*15*15        x=F.relu(self.conv2(x))        #50*12*12        x=F.max_pool2d(x,2,2)        #50*6*6        x=x.view(-1,50*6*6)        #压扁成了行向量，(1,50*6*6)        x=F.relu(self.fc1(x))        #(1,200)        x=self.fc2(x)        #(1,2)        return F.log_softmax(x,dim=1)lr=1e-4device=torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu" )model=CNN().to(device)optimizer=optim.Adam(model.parameters(),lr=lr)def train(model,device,train_loader,optimizer,epoch,losses):    model.train()    for idx,(t_data,t_target) in enumerate(train_loader):        t_data,t_target=t_data.to(device),t_target.to(device)        pred=model(t_data)#batch_size*2        loss=F.nll_loss(pred,t_target)
        #Adam        optimizer.zero_grad()        loss.backward()        optimizer.step()        if idx%10==0:            print("epoch:{},iteration:{},loss:{}".format(epoch,idx,loss.item()))            losses.append(loss.item())def test(model,device,test_loader):    model.eval()    correct=0#预测对了几个。    with torch.no_grad():        for idx,(t_data,t_target) in enumerate(test_loader):            t_data,t_target=t_data.to(device),t_target.to(device)            pred=model(t_data)#batch_size*2            pred_class=pred.argmax(dim=1)#batch_size*2->batch_size*1            correct+=pred_class.eq(t_target.view_as(pred_class)).sum().item()    acc=correct/len(test_data)    # print("accuracy:{},average_loss:{}".format(acc,average_loss))    print("accuracy:{}".format(acc))num_epochs=10losses=[]from time import *begin_time=time()for epoch in range(num_epochs):    train(model,device,train_loader,optimizer,epoch,losses)# test(model,device,test_loader)end_time=time()print(test(model,device,test_loader))