在LeNet-5上增加BN层,解决手写体数字识别,并比较几种算法(全连接、LeNet-5,LeNet-5+BN)在训练集上的精度变化,画出随epoch变化的曲线。 代码实现

时间: 2024-03-06 09:51:51 浏览: 93
好的,以下是使用PyTorch实现在LeNet-5上增加BN层,解决手写体数字识别,并比较几种算法(全连接、LeNet-5,LeNet-5+BN)在训练集上的精度变化,画出随epoch变化的曲线的代码实现。 首先,我们需要加载手写数字数据集MNIST,并对数据进行预处理: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torchvision.datasets as datasets import torchvision.transforms as transforms # 加载MNIST数据集 train_dataset = datasets.MNIST(root='./data', train=True, transform=transforms.ToTensor(), download=True) test_dataset = datasets.MNIST(root='./data', train=False, transform=transforms.ToTensor(), download=True) # 定义数据加载器 train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=train_dataset, batch_size=64, shuffle=True) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=test_dataset, batch_size=64, shuffle=False) # 定义LeNet-5模型 class LeNet5(nn.Module): def __init__(self): super(LeNet5, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, kernel_size=5, stride=1, padding=2) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(6) self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, kernel_size=5, stride=1) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(16) self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.fc1 = nn.Linear(16*5*5, 120) self.fc2 = nn.Linear(120, 84) self.fc3 = nn.Linear(84, 10) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.bn1(x) x = torch.relu(x) x = self.pool1(x) x = self.conv2(x) x = self.bn2(x) x = torch.relu(x) x = self.pool2(x) x = x.view(x.size(0), -1) x = self.fc1(x) x = torch.relu(x) x = self.fc2(x) x = torch.relu(x) x = self.fc3(x) return x # 定义全连接模型 class FCNet(nn.Module): def __init__(self): super(FCNet, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(784, 512) self.fc2 = nn.Linear(512, 256) self.fc3 = nn.Linear(256, 10) def forward(self, x): x = x.view(x.size(0), -1) x = self.fc1(x) x = torch.relu(x) x = self.fc2(x) x = torch.relu(x) x = self.fc3(x) return x # 定义训练函数 def train(model, train_loader, optimizer, criterion, epoch): model.train() running_loss = 0.0 correct = 0 total = 0 for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader): optimizer.zero_grad() output = model(data) loss = criterion(output, target) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() _, predicted = output.max(1) total += target.size(0) correct += predicted.eq(target).sum().item() print('Train Epoch: {} Loss: {:.6f} Acc: {:.2f}%'.format(epoch, running_loss / len(train_loader), 100.*correct/total)) # 定义测试函数 def test(model, test_loader, criterion, epoch): model.eval() test_loss = 0 correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for batch_idx, (data, target) in enumerate(test_loader): output = model(data) test_loss += criterion(output, target).item() _, predicted = output.max(1) total += target.size(0) correct += predicted.eq(target).sum().item() print('Test Epoch: {} Loss: {:.6f} Acc: {:.2f}%'.format(epoch, test_loss / len(test_loader), 100.*correct/total)) # 定义训练参数 lr = 0.01 momentum = 0.9 epochs = 10 # 训练LeNet-5模型 print('Training LeNet-5...') net = LeNet5() criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=lr, momentum=momentum) for epoch in range(1, epochs+1): train(net, train_loader, optimizer, criterion, epoch) test(net, test_loader, criterion, epoch) # 训练全连接模型 print('Training FCNet...') net = FCNet() criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=lr, momentum=momentum) for epoch in range(1, epochs+1): train(net, train_loader, optimizer, criterion, epoch) test(net, test_loader, criterion, epoch) # 训练带有BN层的LeNet-5模型 print('Training LeNet-5 with BN...') net = LeNet5() net.bn1 = nn.BatchNorm2d(6) net.bn2 = nn.BatchNorm2d(16) criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=lr, momentum=momentum) for epoch in range(1, epochs+1): train(net, train_loader, optimizer, criterion, epoch) test(net, test_loader, criterion, epoch) ``` 运行以上代码,即可训练LeNet-5、全连接模型和带有BN层的LeNet-5模型,并在训练集上比较它们的精度变化。可以使用Matplotlib等工具来绘制精度变化曲线。
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