Minist手写体识别_完整项目_CodingPark编程公园

预备条件

  • 本项目利用Pytorch开发
    在这里插入图片描述

——————————utils.py—工具文件——————————
用于绘图、绘制loss曲线、one_hot

import torch
from matplotlib import pyplot as plt        # 绘图


# makecurve
# to show loss picture
def plot_curve(data):
    fig = plt.figure()  # 设置绘图区域的大小和像素
    plt.plot(range(len(data)),data,color = 'blue')  # 将实际值的折线设置为蓝色
    plt.legend(['value'],loc = 'upper right')   # 显示图例的位置,自适应方式
    plt.xlabel('step')
    plt.ylabel('value')
    plt.show()


# draw image
# designed to show picture meterial
def plot_img(img, label, name):
    fig = plt.figure()  # plt.figure()用来画图,create a figure;自定义画布大小,表示figure 的大小为宽、长(单位为inch)
    for i in range(6):
        plt.subplot(2,3,i + 1)  # 表示整个figure分为2行3列
        plt.tight_layout()
        plt.imshow(img[i][0] * 0.3081 + 0.1307, cmap='gray', interpolation='none')
        plt.title("{}: {}".format(name, label[i].item()))
        plt.xticks([])
        plt.yticks([])
    plt.show()

#one-hot
def one_hot(label, depth=10):
    out = torch.zeros(label.size(0), depth)
    idx = torch.LongTensor(label).view(-1, 1)
    out.scatter_(dim=1, index=idx, value=1)
    return out

——————————minist.py—项目文件——————————
主项目文件

import torch
from torch import nn
from torch.nn import functional as F
from torch import optim                          # Optimization Toolbox 优化工具包


import torchvision                              # vision 视觉
from matplotlib import pyplot as plt            # 绘图


from utils import plot_img, plot_curve, one_hot

'''
step1. load dataset   加载数据集

'''

# 'mnist_data':加载mnist数据集,路径
# train=True:选择训练集还是测试
# download=True:如果当前文件没有mnist文件就会自动从网上去下载
# torchvision.transforms.ToTensor():下载好的数据一般是numpy格式,转换成Tensor
# torchvision.transforms.Normalisze((0.1307,), (0.3081,)):正则化过程,为了让数据更好的在0的附近均匀的分布
# 上面一行可注释掉:但是性能会差到百分之70,加上是百分之80,更加方便神经网络去优化
# batch size if the total data number every batch.
batch_size = 512

# extract and transform
# train训练集
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(                                                        #DataLoader批量处理  datasets加载一张  
    torchvision.datasets.MNIST('mnist_data',train=True, download=True,      # datasets加载 Mnist 数据集
                               transform=torchvision.transforms.Compose([   # 转化
                                   torchvision.transforms.ToTensor(),
                                   torchvision.transforms.Normalize((0.1307,),(0.3081,))# 均值是0.1307,
                                       # 标准差是0.3081,这些系数都是数据集提供方计算好的数据
                               ])),batch_size = batch_size, shuffle = True
)                   # batch_size=batch_size:表示一次加载多少张图片# shuffle = True 加载的时候做一个随机的打散

# test训练集
test_loader = torch.utils.data.DataLoader(
    torchvision.datasets.MNIST('mnist_data/',train=False, download=True,
                               transform=torchvision.transforms.Compose([
                                   torchvision.transforms.ToTensor(),
                                   torchvision.transforms.Normalize((0.1307,),(0.3081,)),
                               ])),batch_size = batch_size, shuffle = False
)


# 尝试显示加载项
x,y =next(iter(train_loader))
print(x.shape, y.shape, x.min(), x.max())
plot_img(x, y, 'TEAM-AG_MNISTTrain')


'''
step2. Net Creat   网络创建

'''

# 生成 网
class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()

        # define three layers,
        # fc = 全连接 fc stands for fully connected layer. conv is for convolution layer(nn.Con2d()
        # xw+b 
        self.fc1 = nn.Linear(28*28, 256)
        self.fc2 = nn.Linear(256, 64)
        self.fc3 = nn.Linear(64, 10)

# 生成 向前训练路径
    def forward(self, x):
        # x: [b, 1, 28, 28]
        # h1 = relu(xw1+b1)
        x = F.relu(self.fc1(x))
        # h2 = relu(h1w2+b2)
        x = F.relu(self.fc2(x))
        # h3 = h2w3+b3
        x = self.fc3(x)

        return x


'''
step3.  Train  训练

'''
# 实例化网
net = Net()                 # 初始化net
# [w1, b1, w2, b2, w3, b3]
# 来个优化器
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr = 0.01, momentum =0.9)     # SGD成优化器

train_loss = []   # train_loss记录

# 一次一次轮
# 一轮一轮又一轮
for epoch in range(3):
    for batch_idx, (x, y) in enumerate(train_loader):
        # x: [b, 1, 28, 28], y: [512]
        x = x.view(x.size(0), 28*28)        # 打平 # [b, 1, 28, 28] => [b, 784]
# 走网络
        out = net(x)

        # 有了 制造品  我们要 VS 一下 定标品
        y_onehot = one_hot(y)               # 给 y 编码one-hot

        # loss = mse(out, y_onehot)
# 走Loss
        loss = F.mse_loss(out, y_onehot)

# 走素质三连
        optimizer.zero_grad()  #首先使之梯度为0
        loss.backward()
        # w' = w - lr*grad
        optimizer.step()


        train_loss.append(loss.item())

        if batch_idx % 10 == 0:
            print(epoch, batch_idx, loss.item())

plot_curve(train_loss)              # 画 loss 曲线

# 这是已经完成了 一轮一轮训练 so we get optimal [w1, b1, w2, b2, w3, b3]


'''
step4.  accuracy test 准确度测试

'''
total_correct = 0
for x, y in test_loader:
    x = x.view(x.size(0), 28*28)
    out = net(x)
    # out: [b, 10] => pred: [b]
    pred = out.argmax(dim=1)
# pred的准确度
    correct = pred.eq(y).sum().float().item()  # 当前batch中与y标签等,也就是预测对的总个数合计,item()取出它的数值     item()变numpy
    total_correct += correct

total_num = len(test_loader.dataset)
acc = total_correct / total_num
print('test acc : ' ,acc)

x, y = next(iter(test_loader))      # 取一个batch,查看预测结果
out = net(x.view(x.size(0), 28*28))
pred = out.argmax(dim=1)    # 取得[b, 10]的10个值的最大值所在位置的索引
plot_img(x, pred,'TEAM-AG_MNISTTest')



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