突破Pytorch核心點(diǎn)，CNN ！！！
作者：小壯
創(chuàng)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），很多初學(xué)者不太熟悉，今兒咱們來(lái)大概說(shuō)說(shuō)，給一個(gè)完整的案例進(jìn)行說(shuō)明。
哈嘍，我是小壯！
創(chuàng)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），很多初學(xué)者不太熟悉，今兒咱們來(lái)大概說(shuō)說(shuō)，給一個(gè)完整的案例進(jìn)行說(shuō)明。
CNN 用于圖像分類(lèi)、目標(biāo)檢測(cè)、圖像生成等任務(wù)。它的關(guān)鍵思想是通過(guò)卷積層和池化層來(lái)自動(dòng)提取圖像的特征，并通過(guò)全連接層進(jìn)行分類(lèi)。
原理
1.卷積層（Convolutional Layer）：
卷積層使用卷積操作從輸入圖像中提取特征。卷積操作涉及一個(gè)可學(xué)習(xí)的卷積核（filter/kernel），該核在輸入圖像上滑動(dòng)，并計(jì)算滑動(dòng)窗口下的點(diǎn)積。這有助于提取局部特征，使網(wǎng)絡(luò)對(duì)平移不變性更強(qiáng)。
公式：
其中，x是輸入，w是卷積核，b是偏置。
2.池化層（Pooling Layer）：
池化層用于減小數(shù)據(jù)的空間維度，減少計(jì)算量，并提取最顯著的特征。最大池化是常用的一種方式，在每個(gè)窗口中選擇最大的值。
公式（最大池化）：
3.全連接層（Fully Connected Layer）：
全連接層用于將卷積和池化層提取的特征映射到輸出類(lèi)別。它連接到前一層的所有神經(jīng)元。
實(shí)戰(zhàn)步驟和詳解
1.步驟
- 導(dǎo)入必要的庫(kù)和模塊。
- 定義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：使用nn.Module定義一個(gè)繼承自它的自定義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)，定義卷積層、激活函數(shù)、池化層和全連接層。
- 定義損失函數(shù)和優(yōu)化器。
- 加載和預(yù)處理數(shù)據(jù)。
- 訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)：使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)迭代訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。
- 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)：使用測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估模型性能。
2.代碼實(shí)現(xiàn)
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
# 定義卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)
class SimpleCNN(nn.Module):
def __init__(self):
super(SimpleCNN, self).__init__()
# 卷積層1
self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=16, kernel_size=3, stride=1, padding=1)
self.relu = nn.ReLU()
self.pool = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
# 卷積層2
self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=16, out_channels=32, kernel_size=3, stride=1, padding=1)
# 全連接層
self.fc1 = nn.Linear(32 * 7 * 7, 10) # 輸入大小根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整
def forward(self, x):
x = self.conv1(x)
x = self.relu(x)
x = self.pool(x)
x = self.conv2(x)
x = self.relu(x)
x = self.pool(x)
x = x.view(-1, 32 * 7 * 7)
x = self.fc1(x)
return x
# 定義損失函數(shù)和優(yōu)化器
net = SimpleCNN()
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.Adam(net.parameters(), lr=0.001)
# 加載和預(yù)處理數(shù)據(jù)
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5,), (0.5,))])
train_dataset = datasets.MNIST(root='./data', train=True, download=True, transform=transform)
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=train_dataset, batch_size=64, shuffle=True)
# 訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)
num_epochs = 5
for epoch in range(num_epochs):
for i, (images, labels) in enumerate(train_loader):
optimizer.zero_grad()
outputs = net(images)
loss = criterion(outputs, labels)
loss.backward()
optimizer.step()
if (i+1) % 100 == 0:
print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Step [{i+1}/{len(train_loader)}], Loss: {loss.item()}')
# 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)
net.eval()
with torch.no_grad():
correct = 0
total = 0
for images, labels in test_loader:
outputs = net(images)
_, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
total += labels.size(0)
correct += (predicted == labels).sum().item()
accuracy = correct / total
print('Accuracy on the test set: {}%'.format(100 * accuracy))這個(gè)示例展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的CNN模型，使用MNIST數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。
接下來(lái)，咱們添加可視化步驟，更直觀地了解模型的性能和訓(xùn)練過(guò)程。
可視化
1.導(dǎo)入matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt2.在訓(xùn)練過(guò)程中記錄損失和準(zhǔn)確率：
在訓(xùn)練循環(huán)中，記錄每個(gè)epoch的損失和準(zhǔn)確率。
# 在訓(xùn)練循環(huán)中添加以下代碼
train_loss_list = []
accuracy_list = []
for epoch in range(num_epochs):
running_loss = 0.0
correct = 0
total = 0
for i, (images, labels) in enumerate(train_loader):
optimizer.zero_grad()
outputs = net(images)
loss = criterion(outputs, labels)
loss.backward()
optimizer.step()
running_loss += loss.item()
_, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
total += labels.size(0)
correct += (predicted == labels).sum().item()
if (i+1) % 100 == 0:
print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Step [{i+1}/{len(train_loader)}], Loss: {loss.item()}')
epoch_loss = running_loss / len(train_loader)
accuracy = correct / total
train_loss_list.append(epoch_loss)
accuracy_list.append(accuracy)3.可視化損失和準(zhǔn)確率：
# 在訓(xùn)練循環(huán)后，添加以下代碼
plt.figure(figsize=(12, 4))
# 可視化損失
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.plot(range(1, num_epochs + 1), train_loss_list, label='Training Loss')
plt.title('Training Loss')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Loss')
plt.legend()
# 可視化準(zhǔn)確率
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.plot(range(1, num_epochs + 1), accuracy_list, label='Accuracy')
plt.title('Accuracy')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.legend()
plt.tight_layout()
plt.show()這樣，咱們就可以在訓(xùn)練過(guò)程結(jié)束后看到訓(xùn)練損失和準(zhǔn)確率的變化。
導(dǎo)入代碼后，大家可以根據(jù)需要調(diào)整可視化的內(nèi)容和格式。
責(zé)任編輯：趙寧寧
來(lái)源：
DOWHAT小壯
