基于pytorch平台,利用MNIST数据集,实现经典的Lenet-5模型,同时加以改变构建自己的卷积模型,以分类的准确度和混淆矩阵为衡量指标,分析两个模型的分类精度。

时间: 2024-05-05 15:19:47 浏览: 149
好的,这是一个关于深度学习的问题,需要一些代码实现和数据分析。我会尽力回答,但是由于文字表述的局限性,可能无法完全准确地解答问题。若有不懂的地方,可以随时问我。 首先,我们需要了解一下Lenet-5模型的结构。它是一个经典的卷积神经网络,用于手写数字识别。它的结构如下所示: ``` Input -> Convolution -> ReLU -> Pooling -> Convolution -> ReLU -> Pooling -> Fully Connected -> ReLU -> Fully Connected ``` 其中,Convolution层使用了6个5x5的卷积核,Pooling层使用了2x2的最大池化,Fully Connected层使用了两个隐藏层。 我们可以使用PyTorch框架来实现Lenet-5模型。代码如下: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F class LeNet5(nn.Module): def __init__(self): super(LeNet5, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=6, kernel_size=5) self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=16, kernel_size=5) self.fc1 = nn.Linear(in_features=16*4*4, out_features=120) self.fc2 = nn.Linear(in_features=120, out_features=84) self.fc3 = nn.Linear(in_features=84, out_features=10) def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) x = F.max_pool2d(x, kernel_size=2) x = F.relu(self.conv2(x)) x = F.max_pool2d(x, kernel_size=2) x = x.view(-1, 16*4*4) x = F.relu(self.fc1(x)) x = F.relu(self.fc2(x)) x = self.fc3(x) return x ``` 接下来,我们需要加载MNIST数据集,并训练模型。代码如下: ```python import torchvision.datasets as dsets import torchvision.transforms as transforms train_dataset = dsets.MNIST(root='./data', train=True, transform=transforms.ToTensor(), download=True) test_dataset = dsets.MNIST(root='./data', train=False, transform=transforms.ToTensor(), download=True) train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=train_dataset, batch_size=100, shuffle=True) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=test_dataset, batch_size=100, shuffle=False) model = LeNet5() criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01) for epoch in range(10): for i, (images, labels) in enumerate(train_loader): optimizer.zero_grad() outputs = model(images) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() if (i+1) % 100 == 0: print('Epoch [{}/{}], Step [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, 10, i+1, len(train_loader), loss.item())) # 测试模型 model.eval() with torch.no_grad(): correct = 0 total = 0 for images, labels in test_loader: outputs = model(images) _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) total += labels.size(0) correct += (predicted == labels).sum().item() print('Test Accuracy of the model on the 10000 test images: {} %'.format(100 * correct / total)) ``` 接下来,我们需要构建自己的卷积神经网络模型,并与Lenet-5模型进行比较。可以尝试增加卷积层数、卷积核大小、全连接层数等,以提高分类精度。代码如下: ```python class MyConvNet(nn.Module): def __init__(self): super(MyConvNet, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=32, kernel_size=3) self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=3) self.conv3 = nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=128, kernel_size=3) self.fc1 = nn.Linear(in_features=128*2*2, out_features=256) self.fc2 = nn.Linear(in_features=256, out_features=10) def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) x = F.max_pool2d(x, kernel_size=2) x = F.relu(self.conv2(x)) x = F.max_pool2d(x, kernel_size=2) x = F.relu(self.conv3(x)) x = x.view(-1, 128*2*2) x = F.relu(self.fc1(x)) x = self.fc2(x) return x ``` 训练代码与Lenet-5模型相同,这里不再重复。训练完成后,我们可以使用混淆矩阵来分析两个模型的分类精度。混淆矩阵可以展示模型对于每个类别的分类情况,常用于评估多分类问题的性能。代码如下: ```python from sklearn.metrics import confusion_matrix import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns # 测试模型 model.eval() with torch.no_grad(): correct = 0 total = 0 predicted_labels = [] true_labels = [] for images, labels in test_loader: outputs = model(images) _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) total += labels.size(0) correct += (predicted == labels).sum().item() predicted_labels.extend(predicted.tolist()) true_labels.extend(labels.tolist()) print('Test Accuracy of the model on the 10000 test images: {} %'.format(100 * correct / total)) # 绘制混淆矩阵 cm = confusion_matrix(true_labels, predicted_labels) plt.figure(figsize=(10,8)) sns.heatmap(cm, annot=True, cmap='Blues', fmt='g', xticklabels=[str(i) for i in range(10)], yticklabels=[str(i) for i in range(10)]) plt.xlabel('Predicted labels') plt.ylabel('True labels') plt.show() ``` 通过混淆矩阵,我们可以看到每个类别的分类情况,以及哪些类别容易被混淆。根据混淆矩阵,我们可以针对性地改进模型,提高分类精度。 以上是关于如何基于pytorch平台,利用MNIST数据集,实现经典的Lenet-5模型,同时加以改变构建自己的卷积模型,以分类的准确度和混淆矩阵为衡量指标,分析两个模型的分类精度的回答。
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