【动手学深度学习笔记】之图像分类数据集（Fashion-MNIST）

时间:2022-07-23
本文章向大家介绍【动手学深度学习笔记】之图像分类数据集（Fashion-MNIST），主要内容包括其使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

1.图像分类数据集（Fashion-MNIST）

这一章节需要用到torchvision包，为此，我重装了

这个数据集是我们在后面学习中将会用到的图形分类数据集。它的图像内容相较于手写数字识别数据集MINIST更为复杂一些，更加便于我们直观的观察算法之间的差异。

这一节主要使用torchvision包，主要用来构建计算机视觉模型。

torchvision包的主要构成

功能

torchvision.datasets

一些加载数据的函数及常用数据集接口

torchvision.madels

包含常用的模型结构（含预训练模型）

torchvision.transforms

常用的图片变换（裁剪、旋转）

torchvision.utils

其他方法

1.1获取数据集

首先导入需要的包

import torch 
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import time
import sys
sys.path.append("..")	
#调用库时，sys.path会自动搜索路径，为了导入d2l这个库，所以需要添加".."
#import d2lzh_pytorch as d2l	这个库找不到不用了
from IPython import display
#在这一节d2l库仅仅在绘图时被使用，因此使用这个库做替代

**通过调用torchvision中的torchvision.datasets来下载这个数据集。**第一次调用从网上自动获取数据。

通过设置参数train来制定获取训练数据集或测试数据集（测试集：用来评估模型表现，并不用来训练模型）。

通过设置参数transfrom = transforms.ToTensor()将所有数据转换成Tensor，如果不进行转换则返回PIL图片。

transforms.ToTensor()函数将尺寸为（H*W*C）且数据位于[0,255]之间的PIL图片或者数据类型为np.uint8的NumPy数组转换为尺寸为（C*H*W）且数据类型为torch.float32且位于[0,0,1.0]的Tensor C代表通道数，灰度图像的通道数为1 PIL图片是python处理图片的标准 注意：transforms.ToTensor()函数默认将输入类型设置为uint8

#获取训练集
mnist_train = torchvision.datasets.FashionMNIST(root='~/Datasets/FashionMNIST',train=True,download = True,transform = transforms.ToTensor())
#获取测试集
mnist_test = torchvision.datasets.FashionMNIST(root='~/Datasets/FashionMNIST',train=True,download = True,transform = transforms.ToTensor())

其中mnist_train和mnist_test可以用len()来获取该数据集的大小，还可以用下标来获取具体的一个样本。

训练集和测试集都有10个类别，训练集中每个类别的图像数为6000，测试集中每个类别的图像数为1000，即：训练集中有60000个样本，测试集中有10000个样本。

len(mnist_train)	#输出训练集的样本数
mnist_train[0]		#通过下标访问任意一个样本，返回值为两个torch，一个特征tensor和一个标签tensor

Fashion-MNIST数据集中共有十个类别，分别为：t-shirt（T恤）、trouser（裤子）、pullover（套衫）、dress（连衣裙）、coat（外套）、sandal（凉鞋）、shirt（衬衫）、sneaker（运动鞋）、bag（包）和ankle boot（短靴） 。

需要将这些文本标签和数值标签相互转换，可以通过以下函数进行。

def get_fashion_mnist_labels(labels):
    text_labels = ['t-shirt', 'trouser', 'pullover', 'dress', 'coat',
                   'sandal', 'shirt', 'sneaker', 'bag', 'ankle boot']
    return [text_labels[int(i)] for i in labels]
	#labels是一个列表
	#数值标签转文本标签

下面是一个可以在一行里画出多张图像和对应标签的函数

def show_fashion_mnist(images, labels):
    d2l.use_svg_display()
   	#绘制矢量图
    _, figs = plt.subplots(1, len(images), figsize=(12, 12))
    #创建子图，一行len(images)列，图片大小12*12
    for f, img, lbl in zip(figs, images, labels):
        #zip函数将他们压缩成由多个元组组成的列表
        f.imshow(img.view((28, 28)).numpy())
        #将img转形为28*28大小的张量，然后转换成numpy数组
        f.set_title(lbl)
        #设置每个子图的标题为标签
        f.axes.get_xaxis().set_visible(False)
        f.axes.get_yaxis().set_visible(False)
        #关闭x轴y轴
    plt.show()

上述函数的使用

X,y = [],[]
#初始化两个列表
for i in range(10):
	X.append(mnist_train[i][0])
	#循环向X列表添加图像
	y.append(mnist_train[i][1])
	#循环向y列表添加标签
show_fashion_mnist(X,get_fashion_mnist_labels(y))
#显示图像和列表

1.2在模型中读取小批量

有了线性回归中读取小批量的经验，我们知道读取小批量可以使用torch中内置的dataloader函数来实现。

dataloader还支持多线程读取数据，通过设置它的num_workers参数。

batch_size = 256
#小批量数目
train_iter = torch.utils.data.DataLoader(mnist_train,batch_size=batch_size,shuffle = True,num_workers = 0)
#num_workers=0,不开启多线程读取。
test_iter = torch.utils.data.DataLoader(mnist_test,batch_size = batch_size,shuffle=False,num_workers=0)

1.3获取并显示样本程序

import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import time
import sys
sys.path.append("..")
#由于没有d2l库，所以需要进行一些修改
#修改一：
from IPython import display

mnist_train = torchvision.datasets.FashionMNIST(root='~/Datasets/FashionMNIST',train=True,download=True,transform=transforms.ToTensor())
#获取训练集
mnist_test = torchvision.datasets.FashionMNIST(root='~/Datasets/FashionMNIST',train=False,download=True,transform=transforms.ToTensor())
#获取测试集

def get_Fashion_MNIST_labels(labels):
    text_labels = ['t-shirt', 'trouser', 'pullover', 'dress', 'coat',
                   'sandal', 'shirt', 'sneaker', 'bag', 'ankle boot']
    return [text_labels[int(i)] for i in labels]
    #labels是一个列表，所以有了for循环获取这个列表对应的文本列表

def show_fashion_mnist(images,labels):
    display.set_matplotlib_formats('svg')
    #绘制矢量图
    _,figs = plt.subplots(1,len(images),figsize=(12,12))
    #设置添加子图的数量、大小
    for f,img,lbl in zip(figs,images,labels):
        f.imshow(img.view(28,28).numpy())
        f.set_title(lbl)
        f.axes.get_xaxis().set_visible(False)
        f.axes.get_yaxis().set_visible(False)
    plt.show()

#显示部分
X,y =[],[]
#初始化两个列表
for i in range(10):
#先从训练集中抽取出十个
    X.append(mnist_train[i][0])
    #添加图像
    y.append(mnist_train[i][1])
    #添加标签
    
show_fashion_mnist(X,get_Fashion_MNIST_labels(y))

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