首先,基于图像和数值数据作为共同输入,自己创建一个CNN回归模型,其中图像和数值数据在全连接层进行拼接;然后,对CNN模型进行训练和测试;最后,基于最后一个卷积层,实现Grad-Cam可视化。PyTorch代码实现

时间: 2023-12-25 07:04:05 浏览: 32
好的,以下是一个基于PyTorch的CNN回归模型实现。假设我们的输入图像为224x224,数值数据为一个1x10的向量。我们将使用3个卷积层和2个全连接层。 ``` import torch import torch.nn as nn class CNNRegression(nn.Module): def __init__(self): super(CNNRegression, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=3, padding=1) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(16) self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.conv2 = nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=3, padding=1) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(32) self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.conv3 = nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=3, padding=1) self.bn3 = nn.BatchNorm2d(64) self.pool3 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.fc1 = nn.Linear(64 * 28 * 28 + 10, 512) self.fc2 = nn.Linear(512, 1) def forward(self, x, y): x = self.pool1(torch.relu(self.bn1(self.conv1(x)))) x = self.pool2(torch.relu(self.bn2(self.conv2(x)))) x = self.pool3(torch.relu(self.bn3(self.conv3(x)))) x = torch.flatten(x, start_dim=1) x = torch.cat((x, y), dim=1) x = torch.relu(self.fc1(x)) x = self.fc2(x) return x ``` 我们将使用Mean Squared Error作为我们的损失函数,并使用Adam优化器进行模型训练。 ``` criterion = nn.MSELoss() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters()) for epoch in range(num_epochs): running_loss = 0.0 for i, data in enumerate(trainloader, 0): inputs, labels = data['image'], data['value'] inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs, labels) loss = criterion(outputs, labels.view(-1, 1).float()) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() if i % 100 == 99: print('[%d, %5d] loss: %.3f' % (epoch + 1, i + 1, running_loss / 100)) running_loss = 0.0 print('Finished Training') ``` 接下来,我们将实现Grad-Cam可视化,以可视化CNN模型中每个类别的重要性区域。Grad-Cam基于梯度的可视化方法,因此我们需要保存CNN模型中最后一个卷积层的梯度。 ``` class GradCam: def __init__(self, model, last_conv_layer): self.model = model self.last_conv_layer = last_conv_layer self.gradient = None self.activations = None self.last_conv_layer.register_backward_hook(self.save_gradient) def save_gradient(self, module, grad_input, grad_output): self.gradient = grad_output[0] def forward(self, x, y): x = x.to(device) y = y.to(device) output = self.model(x, y) output.backward() activations = self.last_conv_layer(x).detach() weight = self.gradient.mean(dim=(2, 3)).unsqueeze(2).unsqueeze(3) cam = (weight * activations).sum(dim=1, keepdim=True) cam = torch.relu(cam) cam = nn.functional.interpolate(cam, size=x.shape[2:], mode='bilinear', align_corners=False) cam = cam.squeeze() return cam.cpu().numpy() ``` 最后,我们可以使用Grad-Cam可视化模型中每个类别的重要性区域。假设我们要可视化的图像和数值数据为test_image和test_value。 ``` grad_cam = GradCam(model, model.conv3) cam = grad_cam.forward(test_image, test_value) plt.imshow(test_image.numpy().transpose((1, 2, 0))) plt.imshow(cam, alpha=0.5, cmap='jet') ``` 我们可以将alpha值设置为0.5,以使Grad-Cam的重要性区域更清晰可见。 cmap='jet'参数可以使Grad-Cam的颜色更加明亮。

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