用PyTorch构建基于卷积神经网络的手写数字识别模型,包括卷积层、激活函数、损失函数等等,使用GPU进行训练,采用精确率、召回率、F1值评测模型表现。给出详细的代码注释。

时间: 2023-12-16 22:05:28 浏览: 41
好的,下面是代码和注释: ```python import torch import torchvision import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F from torchvision import transforms from torch.utils.data import DataLoader from sklearn.metrics import precision_score, recall_score, f1_score # 定义超参数 batch_size = 64 learning_rate = 0.01 num_epochs = 20 # 判断是否有GPU加速 device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") # 加载数据集并进行预处理 transform = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), # 将图片转换为Tensor transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,)) # 标准化 ]) # 加载训练集 train_dataset = torchvision.datasets.MNIST(root='./data', train=True, transform=transform, download=True) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) # 加载测试集 test_dataset = torchvision.datasets.MNIST(root='./data', train=False, transform=transform, download=True) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False) # 定义卷积神经网络模型 class Net(nn.Module): def __init__(self): super(Net, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, kernel_size=3) # 第一层卷积层,输入通道为1,输出通道为32,卷积核大小为3 self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, kernel_size=3) # 第二层卷积层,输入通道为32,输出通道为64,卷积核大小为3 self.dropout1 = nn.Dropout2d(0.25) # 第一层dropout,丢弃比例为0.25 self.dropout2 = nn.Dropout2d(0.5) # 第二层dropout,丢弃比例为0.5 self.fc1 = nn.Linear(9216, 128) # 第一个全连接层,输入大小为9216,输出大小为128 self.fc2 = nn.Linear(128, 10) # 第二个全连接层,输入大小为128,输出大小为10 def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) # 第一层卷积层 x = F.relu(self.conv2(x)) # 第二层卷积层 x = F.max_pool2d(x, 2) # 最大池化层,大小为2 x = self.dropout1(x) # 第一层dropout x = torch.flatten(x, 1) # 将特征展成一维 x = F.relu(self.fc1(x)) # 第一个全连接层 x = self.dropout2(x) # 第二层dropout x = self.fc2(x) # 第二个全连接层 return x # 实例化模型并将其移动到GPU上 model = Net().to(device) # 定义损失函数和优化器 criterion = nn.CrossEntropyLoss() # 交叉熵损失函数 optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=learning_rate, momentum=0.9) # 随机梯度下降优化器 # 训练模型 for epoch in range(num_epochs): train_loss = 0.0 train_correct = 0.0 train_total = 0.0 for i, (inputs, labels) in enumerate(train_loader): inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device) # 将输入和标签移动到GPU上 optimizer.zero_grad() # 梯度清零 outputs = model(inputs) # 前向传播 loss = criterion(outputs, labels) # 计算损失函数 loss.backward() # 反向传播 optimizer.step() # 更新参数 train_loss += loss.item() _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) train_total += labels.size(0) train_correct += (predicted == labels).sum().item() # 在测试集上评测模型表现 test_loss = 0.0 test_correct = 0.0 test_total = 0.0 y_true = [] y_pred = [] with torch.no_grad(): for inputs, labels in test_loader: inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device) # 将输入和标签移动到GPU上 outputs = model(inputs) # 前向传播 loss = criterion(outputs, labels) # 计算损失函数 test_loss += loss.item() _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) test_total += labels.size(0) test_correct += (predicted == labels).sum().item() y_true.extend(labels.cpu().numpy()) # 将标签转换为numpy格式并添加到y_true中 y_pred.extend(predicted.cpu().numpy()) # 将预测结果转换为numpy格式并添加到y_pred中 # 计算精确率、召回率和F1值 precision = precision_score(y_true, y_pred, average='macro') recall = recall_score(y_true, y_pred, average='macro') f1 = f1_score(y_true, y_pred, average='macro') # 打印训练和测试结果 print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Train Acc: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}, Test Acc: {:.4f}, Precision: {:.4f}, Recall: {:.4f}, F1: {:.4f}' .format(epoch + 1, num_epochs, train_loss / len(train_loader), train_correct / train_total, test_loss / len(test_loader), test_correct / test_total, precision, recall, f1)) ``` 代码注释如下: 1. 导入所需的库和模块。 2. 定义超参数。 3. 判断是否有GPU加速。 4. 加载数据集并进行预处理。 5. 加载训练集。 6. 加载测试集。 7. 定义卷积神经网络模型。 8. 实例化模型并将其移动到GPU上。 9. 定义损失函数和优化器。 10. 训练模型。 11. 在测试集上评测模型表现。 12. 计算精确率、召回率和F1值。 13. 打印训练和测试结果。

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