PyTorch一小时掌握之图像识别实战篇

本文将介绍如何使用PyTorch进行图像识别任务。我们将提供两个示例，分别是手写数字识别和猫狗分类。

手写数字识别

手写数字识别是一个经典的图像识别任务。以下是一个简单的手写数字识别示例：

import torch
import torch.nn as nn
import torchvision.datasets as dsets
import torchvision.transforms as transforms

# 定义超参数
input_size = 784
hidden_size = 500
num_classes = 10
num_epochs = 5
batch_size = 100
learning_rate = 0.001

# 加载MNIST数据集
train_dataset = dsets.MNIST(root='./data', train=True, transform=transforms.ToTensor(), download=True)
test_dataset = dsets.MNIST(root='./data', train=False, transform=transforms.ToTensor())

# 加载数据集
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)

# 定义模型
model = nn.Sequential(
    nn.Linear(input_size, hidden_size),
    nn.ReLU(),
    nn.Linear(hidden_size, num_classes)
)

# 定义损失函数和优化器
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate)

# 训练模型
total_step = len(train_loader)
for epoch in range(num_epochs):
    for i, (images, labels) in enumerate(train_loader):
        images = images.reshape(-1, 28*28)

        # 前向传播
        outputs = model(images)
        loss = criterion(outputs, labels)

        # 反向传播和优化
        optimizer.zero_grad()
        loss.backward()
        optimizer.step()

        if (i+1) % 100 == 0:
            print ('Epoch [{}/{}], Step [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, i+1, total_step, loss.item()))

# 测试模型
with torch.no_grad():
    correct = 0
    total = 0
    for images, labels in test_loader:
        images = images.reshape(-1, 28*28)
        outputs = model(images)
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        total += labels.size(0)
        correct += (predicted == labels).sum().item()

    print('Accuracy of the model on the 10000 test images: {} %'.format(100 * correct / total))

在这个示例中，我们首先定义了超参数，然后加载了MNIST数据集。接下来，我们定义了一个名为model的模型，并定义了一个名为criterion的损失函数和一个名为optimizer的优化器。然后，我们使用训练数据对模型进行了训练，并在每个epoch结束时输出损失值。最后，我们使用测试数据对模型进行了测试，并输出了模型的准确率。

猫狗分类

猫狗分类是一个常见的图像识别任务。以下是一个简单的猫狗分类示例：

import torch
import torch.nn as nn
import torchvision.datasets as dsets
import torchvision.transforms as transforms
import torchvision.models as models

# 定义超参数
num_epochs = 5
batch_size = 100
learning_rate = 0.001

# 加载数据集
train_dataset = dsets.ImageFolder(root='./data/train', transform=transforms.Compose([
    transforms.Resize(224),
    transforms.CenterCrop(224),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
]))
test_dataset = dsets.ImageFolder(root='./data/test', transform=transforms.Compose([
    transforms.Resize(224),
    transforms.CenterCrop(224),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
]))
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)

# 加载预训练模型
model = models.resnet18(pretrained=True)
num_ftrs = model.fc.in_features
model.fc = nn.Linear(num_ftrs, 2)

# 定义损失函数和优化器
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate)

# 训练模型
total_step = len(train_loader)
for epoch in range(num_epochs):
    for i, (images, labels) in enumerate(train_loader):
        # 前向传播
        outputs = model(images)
        loss = criterion(outputs, labels)

        # 反向传播和优化
        optimizer.zero_grad()
        loss.backward()
        optimizer.step()

        if (i+1) % 100 == 0:
            print ('Epoch [{}/{}], Step [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, i+1, total_step, loss.item()))

# 测试模型
with torch.no_grad():
    correct = 0
    total = 0
    for images, labels in test_loader:
        outputs = model(images)
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        total += labels.size(0)
        correct += (predicted == labels).sum().item()

    print('Accuracy of the model on the test images: {} %'.format(100 * correct / total))

在这个示例中，我们首先定义了超参数，然后加载了猫狗分类数据集。接下来，我们加载了一个预训练的ResNet18模型，并将其输出层替换为一个名为fc的线性层。然后，我们定义了一个名为criterion的损失函数和一个名为optimizer的优化器。然后，我们使用训练数据对模型进行了训练，并在每个epoch结束时输出损失值。最后，我们使用测试数据对模型进行了测试，并输出了模型的准确率。