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【paddlepaddle速成】paddlepaddle图像分类

【paddlepaddle速成】paddlepaddle图像分类

作者: 有三AI | 来源:发表于2019-03-28 13:41 被阅读0次

这一次我们讲讲paddlepadle这个百度开源的机器学习框架,一个图像分类任务从训练到测试出结果的全流程。

将涉及到paddlepaddle和visualdl,git如下:https://github.com/PaddlePaddle

相关的代码、数据都在我们 Git 上,希望大家 Follow 一下这个 Git 项目,后面会持续更新不同框架下的任务。

longpeng2008/LongPeng_ML_Course

作者 | 言有三(微信号Longlongtogo)

01 paddlepaddle是什么

正所谓google有tensorflow,facebook有pytorch,amazon有mxnet,作为国内机器学习的先驱,百度也有PaddlePaddle,其中Paddle即Parallel Distributed Deep Learning(并行分布式深度学习),整体使用起来与tensorflow非常类似。

sudo pip install paddlepaddle

安装就是一条命令,话不多说上代码。

02 paddlepaddle训练

训练包括三部分,数据的定义,网络的定义,以及可视化和模型的存储。

2.1 数据定义

定义一个图像分类任务的dataset如下:

from multiprocessing import cpu_count

import paddle.v2 as paddle

class Dataset:

    def __init__(self,cropsize,resizesize):

        self.cropsize = cropsize

        self.resizesize = resizesize

    def train_mapper(self,sample):

        img, label = sample

        img = paddle.image.load_image(img)

        img = paddle.image.simple_transform(img, self.resizesize, self.cropsize, True)

        #print "train_mapper",img.shape,label

        return img.flatten().astype('float32'), label

    def test_mapper(self,sample):

        img, label = sample

        img = paddle.image.load_image(img)

        img = paddle.image.simple_transform(img, self.resizesize, self.cropsize, False)

        #print "test_mapper",img.shape,label

        return img.flatten().astype('float32'), label

    def train_reader(self,train_list, buffered_size=1024):

        def reader():

            with open(train_list, 'r') as f:

                lines = [line.strip() for line in f.readlines()]

                print "len of train dataset=",len(lines)

                for line in lines:

                    img_path, lab = line.strip().split(' ')

                    yield img_path, int(lab)

        return paddle.reader.xmap_readers(self.train_mapper, reader,

                                          cpu_count(), buffered_size)

    def test_reader(self,test_list, buffered_size=1024):

        def reader():

            with open(test_list, 'r') as f:

                lines = [line.strip() for line in f.readlines()]

                print "len of val dataset=",len(lines)

                for line in lines:

                    img_path, lab = line.strip().split(' ')

                    yield img_path, int(lab)

        return paddle.reader.xmap_readers(self.test_mapper, reader,

                                          cpu_count(), buffered_size)

从上面代码可以看出:

(1) 使用了paddle.image.load_image进行图片的读取,

paddle.image.simple_transform进行了简单的图像变换,这里只有图像crop操作,更多的使用可以参考API。

(2) 使用了paddle.reader.xmap_readers进行数据的映射。

2.2 网络定义

# coding=utf-8

import paddle.fluid as fluid

def simplenet(input):

  # 定义卷积块

  conv1 = fluid.layers.conv2d(input=input, num_filters=12,stride=2,padding=1,filter_size=3,act="relu")

  bn1 = fluid.layers.batch_norm(input=conv1)

  conv2 = fluid.layers.conv2d(input=bn1, num_filters=12,stride=2,padding=1,filter_size=3,act="relu")

  bn2 = fluid.layers.batch_norm(input=conv2)

  conv3 = fluid.layers.conv2d(input=bn2, num_filters=12,stride=2,padding=1,filter_size=3,act="relu")

  bn3 = fluid.layers.batch_norm(input=conv3)

  fc1 = fluid.layers.fc(input=bn3, size=128, act=None)

  return fc1,conv1

与之前的caffe,pytorch,tensorflow框架一样,定义了一个3层卷积与2层全连接的网络。为了能够更好的进行可视化,我们使用了PaddlePaddle Fluid,Fluid的设计也是用来让用户像Pytorch和Tensorflow Eager Execution一样可以执行动态计算而不需要创建图。

2.3 可视化

paddlepaddle有与之配套使用的可视化框架,即visualdl。

visualdl是百度数据可视化实验室发布的深度学习可视化平台,它的定位与tensorboard很像,可视化内容包含了向量,参数直方图分布,模型结构,图像等功能,以后我们会详细给大家讲述,这次直接在代码中展示如何使用。

安装使用pip install --upgrade visualdl,使用下面的命令可以查看官方例子:

vdl_create_scratch_log

visualDL --logdir ./scratch_log --port 8080

http://127.0.0.1:8080

下面是loss和直方图的查看

在咱们项目中,具体使用方法如下

# 首先定义相关变量

# 创建VisualDL,并指定log存储路径

logdir = "./logs"

logwriter = LogWriter(logdir, sync_cycle=10)

# 创建loss的趋势图

with logwriter.mode("train") as writer:

  loss_scalar = writer.scalar("loss")

# 创建acc的趋势图

with logwriter.mode("train") as writer:

  acc_scalar = writer.scalar("acc")

# 定义输出频率

num_samples = 4

# 创建卷积层和输出图像的图形化展示

with logwriter.mode("train") as writer:

  conv_image = writer.image("conv_image", num_samples, 1)

  input_image = writer.image("input_image", num_samples, 1)

# 创建可视化的训练模型结构

with logwriter.mode("train") as writer:

  param1_histgram = writer.histogram("param1", 100)

然后在训练过程中进行记录,这是完整的训练代码,红色部分就是记录结果。

# coding=utf-8

import numpy as np

import os

import paddle.fluid as fluid

import paddle.fluid.framework as framework

import paddle.v2 as paddle

from paddle.fluid.initializer import NormalInitializer

from paddle.fluid.param_attr import ParamAttr

from visualdl import LogWriter

from dataset import Dataset

from net_fluid import simplenet

# 创建VisualDL,并指定当前该项目的VisualDL的路径

logdir = "./logs"

logwriter = LogWriter(logdir, sync_cycle=10)

# 创建loss的趋势图

with logwriter.mode("train") as writer:

  loss_scalar = writer.scalar("loss")

# 创建acc的趋势图

with logwriter.mode("train") as writer:

  acc_scalar = writer.scalar("acc")

# 定义输出频率

num_samples = 4

# 创建卷积层和输出图像的图形化展示

with logwriter.mode("train") as writer:

  conv_image = writer.image("conv_image", num_samples, 1)

  input_image = writer.image("input_image", num_samples, 1)

# 创建可视化的训练模型结构

with logwriter.mode("train") as writer:

  param1_histgram = writer.histogram("param1", 100)

def train(use_cuda, learning_rate, num_passes, BATCH_SIZE=128):

  class_dim = 2

  image_shape = [3, 48, 48]

  image = fluid.layers.data(name='image', shape=image_shape, dtype='float32')

  label = fluid.layers.data(name='label', shape=[1], dtype='int64')

  net, conv1 = simplenet(image)

  # 获取全连接输出

  predict = fluid.layers.fc(

      input=net,

      size=class_dim,

      act='softmax',

      param_attr=ParamAttr(name="param1", initializer=NormalInitializer()))

  # 获取损失

  cost = fluid.layers.cross_entropy(input=predict, label=label)

  avg_cost = fluid.layers.mean(x=cost)

  # 计算batch,从而来求平均的准确率

  batch_size = fluid.layers.create_tensor(dtype='int64')

  print "batchsize=",batch_size

  batch_acc = fluid.layers.accuracy(input=predict, label=label, total=batch_size)

  # 定义优化方法

  optimizer = fluid.optimizer.Momentum(

      learning_rate=learning_rate,

      momentum=0.9,

      regularization=fluid.regularizer.L2Decay(5 * 1e-5))

  opts = optimizer.minimize(avg_cost)

  # 是否使用GPU

  place = fluid.CUDAPlace(0) if use_cuda else fluid.CPUPlace()

  # 创建调试器

  exe = fluid.Executor(place)

  # 初始化调试器

  exe.run(fluid.default_startup_program())

  # 保存结果

  model_save_dir = "./models"

  # 获取训练数据

  resizesize = 60

  cropsize = 48

  mydata = Dataset(cropsize=cropsize,resizesize=resizesize)

  mydatareader = mydata.train_reader(train_list='./all_shuffle_train.txt')

  train_reader = paddle.batch(reader=paddle.reader.shuffle(reader=mydatareader,buf_size=50000),batch_size=128)

  # 指定数据和label的对应关系

  feeder = fluid.DataFeeder(place=place, feed_list=[image, label])

  step = 0

  sample_num = 0

  start_up_program = framework.default_startup_program()

  param1_var = start_up_program.global_block().var("param1")

  accuracy = fluid.average.WeightedAverage()

  # 开始训练,使用循环的方式来指定训多少个Pass

  for pass_id in range(num_passes):

      # 从训练数据中按照一个个batch来读取数据

      accuracy.reset()

      for batch_id, data in enumerate(train_reader()):

          loss, conv1_out, param1, acc, weight = exe.run(fluid.default_main_program(),

                                                          feed=feeder.feed(data),

                                                          fetch_list=[avg_cost, conv1, param1_var, batch_acc,batch_size])

          accuracy.add(value=acc, weight=weight)

          pass_acc = accuracy.eval()

          # 重新启动图形化展示组件

          if sample_num == 0:

              input_image.start_sampling()

              conv_image.start_sampling()

          # 获取taken

          idx1 = input_image.is_sample_taken()

          idx2 = conv_image.is_sample_taken()

          # 保证它们的taken是一样的

          assert idx1 == idx2

          idx = idx1

          if idx != -1:

              # 加载输入图像的数据数据

              image_data = data[0][0]

              input_image_data = np.transpose(

                  image_data.reshape(image_shape), axes=[1, 2, 0])

              input_image.set_sample(idx, input_image_data.shape,

                                      input_image_data.flatten())

              # 加载卷积数据

              conv_image_data = conv1_out[0][0]

              conv_image.set_sample(idx, conv_image_data.shape,

                                    conv_image_data.flatten())

              # 完成输出一次

              sample_num += 1

              if sample_num % num_samples == 0:

                  input_image.finish_sampling()

                  conv_image.finish_sampling()

                  sample_num = 0

          # 加载趋势图的数据

          loss_scalar.add_record(step, loss)

          acc_scalar.add_record(step, acc)

          # 添加模型结构数据

          param1_histgram.add_record(step, param1.flatten())

          # 输出训练日志

          print("loss:" + str(loss) + " acc:" + str(acc) + " pass_acc:" + str(pass_acc))

          step += 1

          model_path = os.path.join(model_save_dir,str(pass_id))

          if not os.path.exists(model_save_dir):

              os.mkdir(model_save_dir)

          fluid.io.save_inference_model(model_path,['image'],[predict],exe)

if __name__ == '__main__':

  # 开始训练

  train(use_cuda=False, learning_rate=0.005, num_passes=300)

2.4 训练结果

看看acc和loss的曲线,可见已经收敛

03 paddlepaddle测试

训练的时候使用了fluid,测试的时候也需要定义调试器,加载训练好的模型,完整的代码如下

# encoding:utf-8

import sys

import numpy as np

import paddle.v2 as paddle

from PIL import Image

import os

import cv2

# coding=utf-8

import numpy as np

import paddle.fluid as fluid

import paddle.fluid.framework as framework

import paddle.v2 as paddle

from paddle.fluid.initializer import NormalInitializer

from paddle.fluid.param_attr import ParamAttr

from visualdl import LogWriter

from net_fluid import simplenet

if __name__ == "__main__":

  # 开始预测

  type_size = 2

  testsize = 48

  imagedir = sys.argv[1]

  images = os.listdir(imagedir)

  # 定义调试器

  save_dirname = "./models/299"

  exe = fluid.Executor(fluid.CPUPlace())

  inference_scope = fluid.core.Scope()

  with fluid.scope_guard(inference_scope):

  # 加载模型

[inference_program,feed_target_names,fetch_targets] = fluid.io.load_inference_model(save_dirname,exe)

      predicts = np.zeros((type_size,1))

      for image in images:

          imagepath = os.path.join(imagedir,image)

          img = paddle.image.load_image(imagepath)

          img = paddle.image.simple_transform(img,testsize,testsize,False)

          img = img[np.newaxis,:]

          #print img.shape

          results = np.argsort(-exe.run(inference_program,feed={feed_target_names[0]:img},

                  fetch_list=fetch_targets)[0])

          label = results[0][0]

          predicts[label] += 1

  print predicts

由于所有框架的测试流程都差不多,所以就不对每一部分进行解释了,大家可以自行去看代码。

本系列完整文章:

第一篇:【caffe速成】caffe图像分类从模型自定义到测试

第二篇:【tensorflow速成】Tensorflow图像分类从模型自定义到测试

第三篇:【pytorch速成】Pytorch图像分类从模型自定义到测试

第四篇:【paddlepaddle速成】paddlepaddle图像分类从模型自定义到测试

第五篇:【Keras速成】Keras图像分类从模型自定义到测试

第六篇:【mxnet速成】mxnet图像分类从模型自定义到测试

第七篇:【cntk速成】cntk图像分类从模型自定义到测试

第八篇:【chainer速成】chainer图像分类从模型自定义到测试

第九篇:【DL4J速成】Deeplearning4j图像分类从模型自定义到测试

第十篇:【MatConvnet速成】MatConvnet图像分类从模型自定义到测试

第十一篇:【Lasagne速成】Lasagne/Theano图像分类从模型自定义到测试

第十二篇:【darknet速成】Darknet图像分类从模型自定义到测试

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