python基于卷积神经网络实现自定义数据集训练与测试

阿里云国内75折 回扣 微信号：monov8
阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折 免费开户实名账号 代冲值 优惠多多 微信号：monov8 飞机：@monov6

注意

如何更改图像尺寸在这篇文章中修改完之后你就可以把你自己的数据集应用到网络。如果你的训练集与测试集也分别为30和5并且样本类别也为3类那么你只需要更改图像标签文件地址以及标签内容如下面两图所示。 图片名-标签文件如何生成请看这篇文章。

如果你想扩大数据集量那么你只需要更改对应的文件内标签长度以及数据集图像量。

再次注意我已经扩大了数据集的数量展示在正文1的后面

正文1

样本取自岩心照片识别岩心是最基础的地质工作如果用机器来划分岩心类型则会大大削减工作量。

下面叙述中0指代Anhydrite_rock膏岩1指代Limestone灰岩2指代Gray Anhydrite_rock灰质膏岩。

原本自定义训练集与测试集是这样的

训练集x_train 

标签是这样的y_train

 测试集x_test

标签是这样的y_test

但是由于图片像素为3456*5184电脑内存不足所以只能统一修i该为下面256*256 

训练集 

  测试集

两个数据集的标签没有更改。

#导入库
import os
import cv2
import torch
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from torchvision.io import read_image
from torch.utils.data import Dataset
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms
import tensorflow.keras as ka
import datetime
import tensorflow as tf
import os
import PySide2
from tensorflow.keras.layers import Conv2D,BatchNormalization,Activation,MaxPooling2D,Dropout,Flatten,Dense
from tensorflow.keras import Model
import tensorflow as tf
 
'''加载数据集'''
#创建自定义数据集类参考可见http://t.csdn.cn/gkVNC
class Custom_Dataset(Dataset):
    #函数设置图像集路径索引、图像标签文件读取
    def __init__(self, img_dir, img_label_dir, transform=None):
        super().__init__()
        self.img_dir = img_dir
        self.img_labels = pd.read_csv(img_label_dir)
        self.transform = transform
        
    #函数设置数据集长度
    def __len__(self):
        return len(self.img_labels)
    
    #函数设置指定图像读取、指定图像标签索引
    def __getitem__(self, index):
        #'所在文件路径+指定图像名'
        img_path = os.path.join(self.img_dir + self.img_labels.iloc[index, 1])
        #读指定图像
        #image = cv2.imdecode(np.fromfile(img_path,dtype=np.uint8),-1)
        image=plt.imread(img_path)
        #height,width = image.shape[0],image.shape[1]  #获取原图像的垂直方向尺寸和水平方向尺寸。
        #image = image.resize((height//4,width//4))
        
        #'指定图像标签'
        label = self.img_labels.iloc[index, 0]
        return image, label
 
'''画图函数'''
def tensorToimg(img_tensor):
    img=img_tensor
    plt.imshow(img)
    #python3.X必须加下行
    plt.show()
 
#标签指示含义
label_dic = {0: '膏岩', 1: '灰岩', 2: '灰质膏岩'}
'''图像集及标签路径'''
label_path = "C:/Users/yeahamen/AppData/Local/Programs/Python/Python310/train_label.csv"
img_root_path = "C:/Users/yeahamen/Desktop/custom_dataset/train_revise/"
test_image_path="C:/Users/yeahamen/Desktop/custom_dataset/test_revise/"
test_label_path="C:/Users/yeahamen/AppData/Local/Programs/Python/Python310/test_label.csv"
#加载图像集与标签路径到函数
#实例化类
dataset = Custom_Dataset(img_root_path, label_path)
dataset_test = Custom_Dataset(test_image_path,test_label_path)
 
'''查看指定图像18'''
#索引指定位置的图像及标签
image, label = dataset.__getitem__(18)
#展示图片及其形状tensor
print('单张图片(18)形状',image.shape)
print('单张图片(18)标签',label_dic[label])

#批量输出
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=True)
'''查看图像的形状'''
for imgs, labels in dataloader:
    print('一批训练为1张图片随机形状',imgs.shape)
    #一批图像形状torch.Size([5, 3456, 5184, 3])
    print('一批训练为1张图片随机标签',labels)
    #标签tensor([3, 2, 3, 3, 1])
    break
    #仅需要查看一批
 
'''查看自定义数据集'''
showimages=[]
showlabels=[]
#把图片信息依次加载到列表
for imgs, labels in dataloader:
    c = torch.squeeze(imgs, 0)#减去一维数据形成图片固定三参数
    d = torch.squeeze(labels,0)
    showimages.append(c)
    showlabels.append(d)
#依次画出图片
def show_image(nrow, ncol, sharex, sharey):
    fig, axs = plt.subplots(nrow, ncol, sharex=sharex, sharey=sharey, figsize=(10, 10))
    for i in range(0,nrow):
        for j in range(0,ncol):
            axs[i,j].imshow(showimages[i*4+j])
            axs[i,j].set_title('Label={}'.format(showlabels[i*4+j]))
    plt.show()
    plt.tight_layout()
#给定参数
#show_image(2, 4, False, False)
 
'''创建训练集与测试集'''
dataloader_train = DataLoader(dataset, batch_size=30, shuffle=True)
for imgs, labels in dataloader_train:
    x_train=imgs
    y_train=labels
print('训练集图像形状',x_train.shape)
print('训练集标签形状',y_train.shape)
dataloader_test = DataLoader(dataset_test, batch_size=5, shuffle=True)
for imgs, labels in dataloader_test:
    x_test=imgs
    y_test=labels
print('测试集图像形状',x_test.shape)
print('测试集标签形状',y_test.shape)

'''将图像转变为网络可用的数据类型'''
x_train,x_test = tf.cast(x_train/255.0,tf.float32),tf.cast(x_test/255.0,tf.float32)
y_train,y_test = tf.cast(y_train,tf.int16),tf.cast(y_test,tf.int16)
 
 
#参考http://t.csdn.cn/eRQX2
print('注意',x_train.shape)
'''归一化灰度值'''
x_train = x_train/255
x_test = x_test/255
 
'''标签转为独热编码注意如果标签不是从0开始独热编码会增加1位即0'''
y_train = ka.utils.to_categorical(y_train)
y_test = ka.utils.to_categorical(y_test)
print('独热后训练集标签形状',y_train.shape)
print('独热后测试集标签形状',y_test.shape)
#获取测试集特征数
num_classes = y_test.shape[1]
 
'''CNN模型'''
#输入3456*5184*3
model = ka.Sequential([ka.layers.Conv2D(filters = 32,kernel_size=(5,5),input_shape=(256,256,3),data_format="channels_last",activation='relu'),
                       #卷积3456*5184*32、卷积层参量依次为卷积核个数、卷积核尺寸、单个像素点尺寸、使用ReLu激活函数、解释可见http://t.csdn.cn/6s3dz
                       ka.layers.MaxPooling2D(pool_size=(4,4),strides = None,padding='VALID'),
                       #池化1—864*1296*32、最大池化层,池化核尺寸4*4、步长默认为4、无填充、解释可见http://t.csdn.cn/sES2u
                       ka.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2,2),strides = None,padding='VALID'),
                       #池化2—432*648*32再加一个最大池化层池化核尺寸为2*2、步长默认为2、无填充
                       ka.layers.Dropout(0.2),
                       #模型正则化防止过拟合, 只会在训练时才会起作用随机设定输入的值x的某一维=0这个概率为输入的百分之20即丢掉1/5神经元不激活
                       #在模型预测时不生效所有神经元均保留也就是不进行dropout。解释可见http://t.csdn.cn/RXbmS、http://t.csdn.cn/zAIuJ
                       ka.layers.Flatten(),
                       #拉平432*648*32=8957952;拉平池化层为一个向量
                       ka.layers.BatchNormalization(),
                       #批标准化层提高模型准确率
                       ka.layers.Dense(10,activation='relu'),
                       #全连接层110个神经元激活函数为ReLu
                       ka.layers.Dense(num_classes,activation='softmax')])
                       #全连接层23个神经元对应标签0-2激活函数为softmax作用是把神经网络的输出转化为概率参考可见http://t.csdn.cn/bcWguhttp://t.csdn.cn/A1Jyn
'''模型参数展示、编译与训练'''				   
model.summary()
model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer='adam',metrics=['accuracy'])
startdate = datetime.datetime.now()
#训练轮数epochs=n即训练n轮
model.fit(x_train,y_train,validation_data=(x_test,y_test),epochs=100,batch_size=1,verbose=2)
#训练样本、训练标签、指定验证数据为测试集、训练轮数、显示每一轮训练进程参考可见http://t.csdn.cn/oE46K
#获取训练结束时间
enndate=datetime.datetime.now()
print("训练用时:"+str(enndate-startdate))

程序运行结果是这样的

 显然由于样本过少模型训练精度并不高3轮训练达到0.4如果有时间再进一步增加样本数量并完善。

正文2

由之前的30个训练集、5个测试集扩大到320个训练集40个测试集

训练集

测试集

 修改后的代码如下你可以与上面的代码进行对比从而修改数据集量为适合你的大小

#导入库
import os
import cv2
import torch
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from torchvision.io import read_image
from torch.utils.data import Dataset
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms
import tensorflow.keras as ka
import datetime
import tensorflow as tf
import os
import PySide2
from tensorflow.keras.layers import Conv2D,BatchNormalization,Activation,MaxPooling2D,Dropout,Flatten,Dense
from tensorflow.keras import Model
import tensorflow as tf
 
'''加载数据集'''
#创建自定义数据集类参考可见http://t.csdn.cn/gkVNC
class Custom_Dataset(Dataset):
    #函数设置图像集路径索引、图像标签文件读取
    def __init__(self, img_dir, img_label_dir, transform=None):
        super().__init__()
        self.img_dir = img_dir
        self.img_labels = pd.read_csv(img_label_dir)
        self.transform = transform
        
    #函数设置数据集长度
    def __len__(self):
        return len(self.img_labels)
    
    #函数设置指定图像读取、指定图像标签索引
    def __getitem__(self, index):
        #'所在文件路径+指定图像名'
        img_path = os.path.join(self.img_dir + self.img_labels.iloc[index, 1])
        #读指定图像
        #image = cv2.imdecode(np.fromfile(img_path,dtype=np.uint8),-1)
        image=plt.imread(img_path)
        #height,width = image.shape[0],image.shape[1]  #获取原图像的垂直方向尺寸和水平方向尺寸。
        #image = image.resize((height//4,width//4))
        
        #'指定图像标签'
        label = self.img_labels.iloc[index, 0]
        return image, label
 
'''画图函数'''
def tensorToimg(img_tensor):
    img=img_tensor
    plt.imshow(img)
    #python3.X必须加下行
    plt.show()
 
#标签指示含义
label_dic = {0: '膏岩', 1: '灰岩', 2: '灰质膏岩',3: '膏质灰岩'}
'''图像集及标签路径'''
label_path = "C:/Users/yeahamen/AppData/Local/Programs/Python/Python310/train_label.csv"
img_root_path = "C:/Users/yeahamen/Desktop/custom_dataset/train_revise/"
test_image_path="C:/Users/yeahamen/Desktop/custom_dataset/test_revise/"
test_label_path="C:/Users/yeahamen/AppData/Local/Programs/Python/Python310/test_label.csv"
#加载图像集与标签路径到函数
#实例化类
dataset = Custom_Dataset(img_root_path, label_path)
dataset_test = Custom_Dataset(test_image_path,test_label_path)
 
'''查看指定图像18'''
#索引指定位置的图像及标签
image, label = dataset.__getitem__(18)
#展示图片及其形状tensor
print('单张图片(18)形状',image.shape)
print('单张图片(18)标签',label_dic[label])
 
#批量输出
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=True)
'''查看图像的形状'''
for imgs, labels in dataloader:
    print('一批训练为1张图片随机形状',imgs.shape)
    #一批图像形状torch.Size([5, 256, 256, 3])
    print('一批训练为1张图片随机标签',labels)
    #标签tensor([3, 2, 3, 3, 1])
    break
    #仅需要查看一批
 
'''查看自定义数据集'''
showimages=[]
showlabels=[]
#把图片信息依次加载到列表
for imgs, labels in dataloader:
    c = torch.squeeze(imgs, 0)#减去一维数据形成图片固定三参数
    d = torch.squeeze(labels,0)
    showimages.append(c)
    showlabels.append(d)
#依次画出图片
def show_image(nrow, ncol, sharex, sharey):
    fig, axs = plt.subplots(nrow, ncol, sharex=sharex, sharey=sharey, figsize=(10, 10))
    for i in range(0,nrow):
        for j in range(0,ncol):
            axs[i,j].imshow(showimages[i*4+j])
            axs[i,j].set_title('Label={}'.format(showlabels[i*4+j]))
    plt.show()
    plt.tight_layout()
#给定参数
#show_image(2, 4, False, False)
 
'''创建训练集与测试集'''
dataloader_train = DataLoader(dataset, batch_size=320, shuffle=True)
for imgs, labels in dataloader_train:
    x_train=imgs
    y_train=labels
print('训练集图像形状',x_train.shape)
print('训练集标签形状',y_train.shape)
dataloader_test = DataLoader(dataset_test, batch_size=40, shuffle=True)
for imgs, labels in dataloader_test:
    x_test=imgs
    y_test=labels
print('测试集图像形状',x_test.shape)
print('测试集标签形状',y_test.shape)
 
'''将图像转变为网络可用的数据类型'''
X_test = x_test#这里保留是为了预测时查看原始图像
Y_test = y_test#这里保留是为了预测时查看原始标签
x_train,x_test = tf.cast(x_train/255.0,tf.float32),tf.cast(x_test/255.0,tf.float32)
y_train,y_test = tf.cast(y_train,tf.int16),tf.cast(y_test,tf.int16)
 
 
#参考http://t.csdn.cn/eRQX2
print('注意',x_train.shape)
'''归一化灰度值'''
x_train = x_train/255
x_test = x_test/255
 
'''标签转为独热编码注意如果标签不是从0开始独热编码会增加1位即0'''
y_train = ka.utils.to_categorical(y_train)
y_test = ka.utils.to_categorical(y_test)
print('独热后训练集标签形状',y_train.shape)
print('独热后测试集标签形状',y_test.shape)
#获取测试集特征数
num_classes = y_test.shape[1]
 
'''CNN模型'''
#输入256*256*3
model = ka.Sequential([ka.layers.Conv2D(filters = 32,kernel_size=(5,5),input_shape=(256,256,3),data_format="channels_last",activation='relu'),
                       #卷积252*252*32、卷积层参量依次为卷积核个数、卷积核尺寸、单个像素点尺寸、使用ReLu激活函数、解释可见http://t.csdn.cn/6s3dz
                       ka.layers.MaxPooling2D(pool_size=(4,4),strides = None,padding='VALID'),
                       #池化1—63*63*32、最大池化层,池化核尺寸4*4、步长默认为4、无填充、解释可见http://t.csdn.cn/sES2u
                       ka.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2,2),strides = None,padding='VALID'),
                       #池化2—31*31*32再加一个最大池化层池化核尺寸为2*2、步长默认为2、无填充
                       ka.layers.Dropout(0.2),
                       #模型正则化防止过拟合, 只会在训练时才会起作用随机设定输入的值x的某一维=0这个概率为输入的百分之20即丢掉1/5神经元不激活
                       #在模型预测时不生效所有神经元均保留也就是不进行dropout。解释可见http://t.csdn.cn/RXbmS、http://t.csdn.cn/zAIuJ
                       ka.layers.Flatten(),
                       #拉平432*648*32=8957952;拉平池化层为一个向量
                       ka.layers.BatchNormalization(),
                       #批标准化层提高模型准确率
                       ka.layers.Dense(50,activation='relu'),
                       #全连接层110个神经元激活函数为ReLu
                       ka.layers.Dense(num_classes,activation='softmax')])
                       #全连接层24个神经元对应标签0-3激活函数为softmax作用是把神经网络的输出转化为概率参考可见http://t.csdn.cn/bcWguhttp://t.csdn.cn/A1Jyn
'''模型参数展示、编译与训练'''				   
model.summary()
model.compile(loss='categorical_crossentropy',optimizer='adam',metrics=['accuracy'])
startdate = datetime.datetime.now()
#训练轮数epochs=n即训练n轮
history = model.fit(x_train,y_train,validation_data=(x_test,y_test),epochs=40,batch_size=5,verbose=2)
#训练样本、训练标签、指定验证数据为测试集、训练轮数、显示每一轮训练进程参考可见http://t.csdn.cn/oE46K
#获取训练结束时间
enndate=datetime.datetime.now()
print("训练用时:"+str(enndate-startdate))


#模型损失值与精度画图展示
#参考http://t.csdn.cn/fUdtO
print(history.history)
loss = history.history['loss']          #训练集损失
val_loss = history.history['val_loss']  #测试集损失
acc = history.history['accuracy']            #训练集准确率
val_acc = history.history['val_accuracy']    #测试集准确率

plt.figure(figsize=(10,3))
plt.subplot(121)
plt.plot(loss,color='b',label='train')
plt.plot(val_loss,color='r',label='test')
plt.ylabel('Loss')
plt.legend()

plt.subplot(122)
plt.plot(acc,color='b',label='train')
plt.plot(val_acc,color='r',label='test')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.legend()
plt.show()

plt.figure(2)
'''使用模型进行预测'''
for i in range(10):#在测试集中随机选10个
    random_test = np.random.randint(1,40)
    plt.subplot(2,5,i+1)
    plt.axis('off')#去掉坐标轴
    plt.imshow(X_test[random_test])#展示要预测的图片
    predict_image = tf.reshape(x_test[random_test],(1,256,256,3))
    y_label_predict = np.argmax(model.predict(predict_image))#使用模型进行预测
    plt.title('R_value:'+str(Y_test[random_test])+'\nP_value:'+str(y_label_predict))#图名显示预测值与实际标签值进行对比
plt.show()

在这里我展示无论训练几轮都会有的输出面板

下面展示训练5轮、10轮、20轮、40轮的结果。 

训练5轮结果

 

 

训练10轮结果

 

 

 训练20轮结果

 

 

 

  训练40轮结果

 

 

 识别精度的提升是显而易见的

 最后放上整个实践过程用到的模块

import os

import cv2

import torch

import pylab

import PySide2

import datetime

import numpy as np

import pandas as pd

from PIL import Image

import tensorflow as tf

import tensorflow.keras as ka

from torchvision import models

import matplotlib.pyplot as plt

from tensorflow.keras import Model

from torchvision import transforms

from torch.utils.data import Dataset

from torchvision.io import read_image

from torch.utils.data import DataLoader

import tensorflow.keras.applications.vgg19 as vgg19

import tensorflow.keras.preprocessing.image as imagepre

from tensorflow.keras.layers import Conv2D,BatchNormalization,Activation,MaxPooling2D,Dropout,Flatten,Dense

阿里云国内75折 回扣 微信号：monov8
阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折 免费开户实名账号 代冲值 优惠多多 微信号：monov8 飞机：@monov6
标签: python
返回列表

上一篇：Filter过滤和Listener监听器

下一篇：Docker虚拟化概念

“python基于卷积神经网络实现自定义数据集训练与测试” 的相关文章

决策树模型及案例（Python）1年前 (2023-02-02)
Python识别屏幕题目并模拟做题1年前 (2023-02-02)
Python1年前 (2023-02-02)
【自学Python】Python拼接字符串1年前 (2023-02-02)
走迷宫（Python）1年前 (2023-02-02)
Python经典编程习题100例：第74例：列表排序及连接1年前 (2023-02-02)
Python经典编程习题100例：第68例：n，m转换1年前 (2023-02-02)
HNUCM蓝桥杯Python组寒假第二次练习1年前 (2023-02-02)
小白白之青龙面板搭建_python写好的代码怎么让青龙面板运行1年前 (2023-02-02)
python初级教程十三 pip和operator 模块1年前 (2023-02-02)

阿里云国际版