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PyTorch CNN实战之MNIST手写数字识别示例

Python  /  管理员 发布于 5年前   421

简介

卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)是深度学习技术中极具代表的网络结构之一,在图像处理领域取得了很大的成功,在国际标准的ImageNet数据集上,许多成功的模型都是基于CNN的。

卷积神经网络CNN的结构一般包含这几个层:

  1. 输入层:用于数据的输入
  2. 卷积层:使用卷积核进行特征提取和特征映射
  3. 激励层:由于卷积也是一种线性运算,因此需要增加非线性映射
  4. 池化层:进行下采样,对特征图稀疏处理,减少数据运算量。
  5. 全连接层:通常在CNN的尾部进行重新拟合,减少特征信息的损失
  6. 输出层:用于输出结果

PyTorch实战

本文选用上篇的数据集MNIST手写数字识别实践CNN。

import torchimport torch.nn as nnimport torch.nn.functional as Fimport torch.optim as optimfrom torchvision import datasets, transformsfrom torch.autograd import Variable# Training settingsbatch_size = 64# MNIST Datasettrain_dataset = datasets.MNIST(root='./data/',    train=True,    transform=transforms.ToTensor(),    download=True)test_dataset = datasets.MNIST(root='./data/',   train=False,   transform=transforms.ToTensor())# Data Loader (Input Pipeline)train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=train_dataset,          batch_size=batch_size,          shuffle=True)test_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=test_dataset,         batch_size=batch_size,         shuffle=False)class Net(nn.Module):  def __init__(self):    super(Net, self).__init__()    # 输入1通道,输出10通道,kernel 5*5    self.conv1 = nn.Conv2d(1, 10, kernel_size=5)    self.conv2 = nn.Conv2d(10, 20, kernel_size=5)    self.mp = nn.MaxPool2d(2)    # fully connect    self.fc = nn.Linear(320, 10)  def forward(self, x):    # in_size = 64    in_size = x.size(0) # one batch    # x: 64*10*12*12    x = F.relu(self.mp(self.conv1(x)))    # x: 64*20*4*4    x = F.relu(self.mp(self.conv2(x)))    # x: 64*320    x = x.view(in_size, -1) # flatten the tensor    # x: 64*10    x = self.fc(x)    return F.log_softmax(x)model = Net()optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.5)def train(epoch):  for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):    data, target = Variable(data), Variable(target)    optimizer.zero_grad()    output = model(data)    loss = F.nll_loss(output, target)    loss.backward()    optimizer.step()    if batch_idx % 200 == 0:      print('Train Epoch: {} [{}/{} ({:.0f}%)]\tLoss: {:.6f}'.format(        epoch, batch_idx * len(data), len(train_loader.dataset),        100. * batch_idx / len(train_loader), loss.data[0]))def test():  test_loss = 0  correct = 0  for data, target in test_loader:    data, target = Variable(data, volatile=True), Variable(target)    output = model(data)    # sum up batch loss    test_loss += F.nll_loss(output, target, size_average=False).data[0]    # get the index of the max log-probability    pred = output.data.max(1, keepdim=True)[1]    correct += pred.eq(target.data.view_as(pred)).cpu().sum()  test_loss /= len(test_loader.dataset)  print('\nTest set: Average loss: {:.4f}, Accuracy: {}/{} ({:.0f}%)\n'.format(    test_loss, correct, len(test_loader.dataset),    100. * correct / len(test_loader.dataset)))for epoch in range(1, 10):  train(epoch)  test()

输出结果:

Train Epoch: 1 [0/60000 (0%)]   Loss: 2.315724
Train Epoch: 1 [12800/60000 (21%)]  Loss: 1.931551
Train Epoch: 1 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.733935
Train Epoch: 1 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.165043
Train Epoch: 1 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.235188

Test set: Average loss: 0.1935, Accuracy: 9421/10000 (94%)

Train Epoch: 2 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.333513
Train Epoch: 2 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.163156
Train Epoch: 2 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.213840
Train Epoch: 2 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.141114
Train Epoch: 2 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.128191

Test set: Average loss: 0.1180, Accuracy: 9645/10000 (96%)

Train Epoch: 3 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.206469
Train Epoch: 3 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.234443
Train Epoch: 3 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.061048
Train Epoch: 3 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.192217
Train Epoch: 3 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.089190

Test set: Average loss: 0.0938, Accuracy: 9723/10000 (97%)

Train Epoch: 4 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.086325
Train Epoch: 4 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.117741
Train Epoch: 4 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.188178
Train Epoch: 4 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.049807
Train Epoch: 4 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.174097

Test set: Average loss: 0.0743, Accuracy: 9767/10000 (98%)

Train Epoch: 5 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.063171
Train Epoch: 5 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.061265
Train Epoch: 5 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.103549
Train Epoch: 5 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.019137
Train Epoch: 5 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.067103

Test set: Average loss: 0.0720, Accuracy: 9781/10000 (98%)

Train Epoch: 6 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.069251
Train Epoch: 6 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.075502
Train Epoch: 6 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.052337
Train Epoch: 6 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.015375
Train Epoch: 6 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.028996

Test set: Average loss: 0.0694, Accuracy: 9783/10000 (98%)

Train Epoch: 7 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.171613
Train Epoch: 7 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.078520
Train Epoch: 7 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.149186
Train Epoch: 7 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.026692
Train Epoch: 7 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.108824

Test set: Average loss: 0.0672, Accuracy: 9793/10000 (98%)

Train Epoch: 8 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.029188
Train Epoch: 8 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.031202
Train Epoch: 8 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.194858
Train Epoch: 8 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.051497
Train Epoch: 8 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.024832

Test set: Average loss: 0.0535, Accuracy: 9837/10000 (98%)

Train Epoch: 9 [0/60000 (0%)]   Loss: 0.026706
Train Epoch: 9 [12800/60000 (21%)]  Loss: 0.057807
Train Epoch: 9 [25600/60000 (43%)]  Loss: 0.065225
Train Epoch: 9 [38400/60000 (64%)]  Loss: 0.037004
Train Epoch: 9 [51200/60000 (85%)]  Loss: 0.057822

Test set: Average loss: 0.0538, Accuracy: 9829/10000 (98%)

Process finished with exit code 0

参考:https://github.com/hunkim/PyTorchZeroToAll

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。


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