pytorch代码实现在模型中使用LDAMLoss损失函数,数据集是RAF-DB,使用了mixup数据增强

时间: 2023-11-27 21:52:48 浏览: 188
好的,以下是使用LDAMLoss和mixup数据增强的RAF-DB数据集的PyTorch代码实现: 首先,我们需要导入必要的库: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torchvision.transforms as transforms from torch.utils.data import DataLoader, Dataset from torch.autograd import Variable import numpy as np import random from PIL import Image ``` 接下来,我们需要定义LDAM(Large Margin Cosine Loss)损失函数: ```python class LDAMLoss(nn.Module): def __init__(self, cls_num_list, max_m=0.5, weight=None, s=30): super(LDAMLoss, self).__init__() m_list = np.divide(1, np.sqrt(np.sqrt(cls_num_list))) m_list = np.multiply(max_m, m_list) m_list = torch.FloatTensor(m_list).cuda() self.m_list = m_list assert s > 0 self.s = s if weight is not None: self.weight = torch.FloatTensor(weight).cuda() else: self.weight = weight def forward(self, x, target): cosine = x sine = torch.sqrt(1.0 - torch.pow(cosine, 2)) phi = cosine * self.m_list.unsqueeze(1) - sine * self.m_list.unsqueeze(1) phi = phi.float() target = target.long().view(-1, 1) index = torch.zeros_like(phi) index.scatter_(1, target, 1) if self.weight is not None: weight = self.weight.unsqueeze(0) index = torch.matmul(index, weight.t()) index = index.clamp(min=1e-12, max=1 - 1e-12) index = index.log() loss = -index * torch.pow(torch.abs(phi), self.s) loss = loss.sum(dim=1).mean() else: index = index.cuda() loss = -torch.log(torch.abs(torch.gather(phi, 1, target)) + 1e-8) loss = loss.squeeze(1) loss = loss.mean() return loss ``` 接下来,我们需要定义mixup数据增强: ```python def mixup_data(x, y, alpha=1.0): if alpha > 0: lam = np.random.beta(alpha, alpha) else: lam = 1 batch_size = x.size()[0] index = torch.randperm(batch_size).cuda() mixed_x = lam * x + (1 - lam) * x[index, :] y_a, y_b = y, y[index] return mixed_x, y_a, y_b, lam ``` 然后,我们需要定义RAF-DB数据集的类: ```python class RAFDataset(Dataset): def __init__(self, data_path, transform=None): self.data_path = data_path self.transform = transform self.data = [] self.labels = [] with open(self.data_path, 'r') as f: for line in f: line = line.strip() img_path, label = line.split(' ') self.data.append(img_path) self.labels.append(int(label)) def __len__(self): return len(self.data) def __getitem__(self, index): img_path = self.data[index] label = self.labels[index] img = Image.open(img_path).convert('RGB') if self.transform is not None: img = self.transform(img) return img, label ``` 接下来,我们需要定义模型: ```python class MyModel(nn.Module): def __init__(self): super(MyModel, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(64) self.relu1 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv2 = nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(128) self.relu2 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv3 = nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.bn3 = nn.BatchNorm2d(256) self.relu3 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv4 = nn.Conv2d(256, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.bn4 = nn.BatchNorm2d(512) self.relu4 = nn.ReLU(inplace=True) self.pool = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.fc1 = nn.Linear(512 * 12 * 12, 1024) self.drop1 = nn.Dropout(p=0.5) self.relu5 = nn.ReLU(inplace=True) self.fc2 = nn.Linear(1024, 7) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.bn1(x) x = self.relu1(x) x = self.conv2(x) x = self.bn2(x) x = self.relu2(x) x = self.conv3(x) x = self.bn3(x) x = self.relu3(x) x = self.conv4(x) x = self.bn4(x) x = self.relu4(x) x = self.pool(x) x = x.view(-1, 512 * 12 * 12) x = self.fc1(x) x = self.drop1(x) x = self.relu5(x) x = self.fc2(x) return x ``` 最后,我们需要定义训练和测试函数: ```python def train(model, train_loader, optimizer, criterion, alpha): model.train() train_loss = 0 train_correct = 0 train_total = 0 for i, (inputs, targets) in enumerate(train_loader): inputs, targets_a, targets_b, lam = mixup_data(inputs, targets, alpha=alpha) inputs, targets_a, targets_b = map(Variable, (inputs, targets_a, targets_b)) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets_a) * lam + criterion(outputs, targets_b) * (1 - lam) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) train_total += targets.size(0) train_correct += (lam * predicted.eq(targets_a.data).cpu().sum().float() + (1 - lam) * predicted.eq(targets_b.data).cpu().sum().float()) train_acc = train_correct / train_total train_loss = train_loss / len(train_loader) return train_acc, train_loss def test(model, test_loader, criterion): model.eval() test_loss = 0 test_correct = 0 test_total = 0 with torch.no_grad(): for inputs, targets in test_loader: inputs, targets = Variable(inputs), Variable(targets) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) test_loss += loss.item() _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) test_total += targets.size(0) test_correct += predicted.eq(targets.data).cpu().sum().float() test_acc = test_correct / test_total test_loss = test_loss / len(test_loader) return test_acc, test_loss ``` 最后,我们需要定义主函数: ```python if __name__ == '__main__': # 设置随机种子,确保实验的可重复性 torch.manual_seed(233) np.random.seed(233) random.seed(233) # 定义训练参数 batch_size = 64 num_epochs = 100 lr = 0.1 alpha = 1.0 cls_num_list = [2000, 2000, 2000, 2000, 2000, 2000, 2000] train_data_path = 'train.txt' test_data_path = 'test.txt' # 定义数据增强和数据集 transform_train = transforms.Compose([ transforms.RandomCrop(44), transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize(mean=[0.5, 0.5, 0.5], std=[0.5, 0.5, 0.5]) ]) transform_test = transforms.Compose([ transforms.CenterCrop(44), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize(mean=[0.5, 0.5, 0.5], std=[0.5, 0.5, 0.5]) ]) train_dataset = RAFDataset(train_data_path, transform=transform_train) test_dataset = RAFDataset(test_data_path, transform=transform_test) # 定义数据加载器 train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=4) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False, num_workers=4) # 定义模型和优化器 model = MyModel().cuda() optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=lr, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) criterion = LDAMLoss(cls_num_list) # 训练和测试 for epoch in range(num_epochs): train_acc, train_loss = train(model, train_loader, optimizer, criterion, alpha) test_acc, test_loss = test(model, test_loader, criterion) print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Train Acc: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}, Test Acc: {:.4f}' .format(epoch + 1, num_epochs, train_loss, train_acc, test_loss, test_acc)) if (epoch + 1) % 10 == 0: lr /= 10 optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=lr, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) ```
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