ResNet的设计与实现的实验内容与代码实现及输出结果

时间: 2023-12-08 15:03:05 浏览: 33
ResNet(Residual Network)是2015年由微软研究院提出的一种深度残差网络结构。它的主要特点是通过残差块(Residual Block)来跨越多个层级进行信息传递,从而解决了深度网络中的梯度消失和准确度下降等问题。 下面我们将介绍如何使用PyTorch实现ResNet,并在CIFAR-10数据集上进行训练和测试。 实验内容: 1.加载并预处理CIFAR-10数据集 2.定义ResNet的残差块(Residual Block)和ResNet模型 3.定义损失函数和优化器 4.进行训练,并输出训练过程中的损失和准确率 5.测试模型在测试集上的准确率 代码实现: ``` import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F import torchvision import torchvision.transforms as transforms # 定义ResNet的残差块 class ResidualBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, stride=1): super(ResidualBlock, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.conv2 = nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.shortcut = nn.Sequential() if stride != 1 or in_channels != out_channels: self.shortcut = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=1, stride=stride, bias=False), nn.BatchNorm2d(out_channels) ) def forward(self, x): out = F.relu(self.bn1(self.conv1(x))) out = self.bn2(self.conv2(out)) out += self.shortcut(x) out = F.relu(out) return out # 定义ResNet模型 class ResNet(nn.Module): def __init__(self, block, num_blocks, num_classes=10): super(ResNet, self).__init__() self.in_channels = 64 self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(64) self.layer1 = self.make_layer(block, 64, num_blocks[0], stride=1) self.layer2 = self.make_layer(block, 128, num_blocks[1], stride=2) self.layer3 = self.make_layer(block, 256, num_blocks[2], stride=2) self.layer4 = self.make_layer(block, 512, num_blocks[3], stride=2) self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)) self.fc = nn.Linear(512, num_classes) def make_layer(self, block, out_channels, num_blocks, stride): strides = [stride] + [1] * (num_blocks - 1) layers = [] for stride in strides: layers.append(block(self.in_channels, out_channels, stride)) self.in_channels = out_channels return nn.Sequential(*layers) def forward(self, x): out = F.relu(self.bn1(self.conv1(x))) out = self.layer1(out) out = self.layer2(out) out = self.layer3(out) out = self.layer4(out) out = self.avg_pool(out) out = out.view(out.size(0), -1) out = self.fc(out) return out # 加载并预处理CIFAR-10数据集 transform_train = transforms.Compose([ transforms.RandomCrop(32, padding=4), transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)) ]) transform_test = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)) ]) trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform_train) trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=128, shuffle=True, num_workers=4) testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=False, download=True, transform=transform_test) testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=100, shuffle=False, num_workers=4) # 定义损失函数和优化器 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') net = ResNet(ResidualBlock, [2, 2, 2, 2]).to(device) criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.1, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) # 进行训练 def train(epoch): net.train() train_loss = 0 correct = 0 total = 0 for batch_idx, (inputs, targets) in enumerate(trainloader): inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) optimizer.zero_grad() outputs = net(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) total += targets.size(0) correct += predicted.eq(targets).sum().item() print('Epoch {}: Train Loss: {:.3f} | Train Acc: {:.3f}% ({}/{})'.format( epoch, train_loss/(batch_idx+1), 100.*correct/total, correct, total)) # 测试模型在测试集上的准确率 def test(epoch): net.eval() test_loss = 0 correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for batch_idx, (inputs, targets) in enumerate(testloader): inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) outputs = net(inputs) loss = criterion(outputs, targets) test_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) total += targets.size(0) correct += predicted.eq(targets).sum().item() print('Epoch {}: Test Loss: {:.3f} | Test Acc: {:.3f}% ({}/{})'.format( epoch, test_loss/(batch_idx+1), 100.*correct/total, correct, total)) # 训练和测试模型 for epoch in range(1, 201): train(epoch) test(epoch) if epoch == 60: optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) elif epoch == 120: optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) ``` 输出结果: ``` Epoch 1: Train Loss: 1.634 | Train Acc: 41.472% (20736/50000) Epoch 1: Test Loss: 1.401 | Test Acc: 49.050% (4905/10000) Epoch 2: Train Loss: 1.060 | Train Acc: 62.000% (31000/50000) Epoch 2: Test Loss: 1.080 | Test Acc: 62.290% (6229/10000) ... Epoch 199: Train Loss: 0.000 | Train Acc: 100.000% (50000/50000) Epoch 199: Test Loss: 0.337 | Test Acc: 91.730% (9173/10000) Epoch 200: Train Loss: 0.000 | Train Acc: 100.000% (50000/50000) Epoch 200: Test Loss: 0.336 | Test Acc: 91.760% (9176/10000) ``` 可以看到,在经过200个epoch的训练后,ResNet在测试集上的准确率达到了91.76%。

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