用pytorch实现基于shufflenet v2的图像识别的过程是什么,原理是什么,如何实现

时间: 2023-06-27 13:00:44 浏览: 99
ShuffleNet V2是一种轻量级的神经网络模型,主要用于图像分类任务。该模型采用了分组卷积和通道重排等技术,能够在保持较高准确率的同时,大幅减小模型参数量和计算量。 下面是基于PyTorch实现基于ShuffleNet V2的图像识别的步骤: 1. 导入必要的库和模块: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torchvision.transforms as transforms import torchvision.datasets as datasets from torch.utils.data import DataLoader ``` 2. 定义模型结构: ```python class ShuffleNetV2(nn.Module): def __init__(self, input_size=224, num_classes=1000): super(ShuffleNetV2, self).__init__() # 定义模型各层的参数 self.input_size = input_size self.num_classes = num_classes self.stage_repeats = [4, 8, 4] self.stage_out_channels = [-1, 24, 116, 232, 464, 1024] self.conv1_channel = 24 self.conv3_channel = 116 # 定义模型各层 self.conv1 = nn.Conv2d(3, self.conv1_channel, kernel_size=3, stride=2, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(self.conv1_channel) self.maxpool = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.stage2 = self._make_stage(2) self.stage3 = self._make_stage(3) self.stage4 = self._make_stage(4) self.conv5 = nn.Conv2d(self.stage_out_channels[-2], self.stage_out_channels[-1], kernel_size=1, stride=1, padding=0, bias=False) self.bn5 = nn.BatchNorm2d(self.stage_out_channels[-1]) self.avgpool = nn.AvgPool2d(kernel_size=7, stride=1) self.fc = nn.Linear(self.stage_out_channels[-1], self.num_classes) def _make_stage(self, stage): modules = [] # 该阶段的输入和输出通道数 stage_channels = self.stage_out_channels[stage] # 需要分组的数量 num_groups = 2 if stage == 2 else 4 # 第一个块的通道数需要在conv3后增加 first_block_channels = self.conv3_channel if stage == 2 else stage_channels // 2 # 第一个块,包含1个3x3分组卷积和1个1x1分组卷积 modules.append(ShuffleBlock(self.stage_out_channels[stage-1], first_block_channels, groups=num_groups, stride=2)) # 后续块,包含1个1x1分组卷积、1个3x3分组卷积和1个1x1分组卷积 for i in range(self.stage_repeats[stage-2]): modules.append(ShuffleBlock(first_block_channels, stage_channels, groups=num_groups, stride=1)) return nn.Sequential(*modules) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.bn1(x) x = nn.functional.relu(x, inplace=True) x = self.maxpool(x) x = self.stage2(x) x = self.stage3(x) x = self.stage4(x) x = self.conv5(x) x = self.bn5(x) x = nn.functional.relu(x, inplace=True) x = self.avgpool(x) x = torch.flatten(x, 1) x = self.fc(x) return x ``` 3. 定义ShuffleBlock模块: ```python class ShuffleBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, groups, stride): super(ShuffleBlock, self).__init__() mid_channels = out_channels // 2 if stride == 1: self.branch1 = nn.Sequential() else: self.branch1 = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, in_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, groups=groups, bias=False), nn.BatchNorm2d(in_channels), nn.Conv2d(in_channels, mid_channels, kernel_size=1, stride=1, padding=0, bias=False), nn.BatchNorm2d(mid_channels), nn.ReLU(inplace=True) ) self.branch2 = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels if stride > 1 else mid_channels, mid_channels, kernel_size=1, stride=1, padding=0, bias=False), nn.BatchNorm2d(mid_channels), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(mid_channels, mid_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, groups=groups, bias=False), nn.BatchNorm2d(mid_channels), nn.Conv2d(mid_channels, out_channels - mid_channels, kernel_size=1, stride=1, padding=0, bias=False), nn.BatchNorm2d(out_channels - mid_channels), nn.ReLU(inplace=True) ) def forward(self, x): x1 = self.branch1(x) x2 = self.branch2(x) out = torch.cat([x1, x2], 1) out = channel_shuffle(out, 2) return out ``` 4. 定义ShuffleNet V2中的通道重排操作: ```python def channel_shuffle(x, groups): batch_size, channels, height, width = x.data.size() channels_per_group = channels // groups # 将x按通道数分组 x = x.view(batch_size, groups, channels_per_group, height, width) # 将x的通道数重排 x = torch.transpose(x, 1, 2).contiguous() # 将x合并回原来的形状 x = x.view(batch_size, -1, height, width) return x ``` 5. 加载数据集和预处理: ```python # 定义图像预处理 transform = transforms.Compose([ transforms.RandomResizedCrop(224), transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]) ]) # 加载训练集和测试集 train_dataset = datasets.ImageFolder("path/to/train/folder", transform=transform) test_dataset = datasets.ImageFolder("path/to/test/folder", transform=transform) # 定义数据加载器 train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True, num_workers=4) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=64, shuffle=False, num_workers=4) ``` 6. 定义损失函数和优化器: ```python net = ShuffleNetV2() criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.1, momentum=0.9, weight_decay=0.0001) ``` 7. 训练模型: ```python for epoch in range(30): net.train() for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader): optimizer.zero_grad() output = net(data) loss = criterion(output, target) loss.backward() optimizer.step() # 在测试集上测试模型 net.eval() correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for data, target in test_loader: output = net(data) _, predicted = torch.max(output.data, 1) total += target.size(0) correct += (predicted == target).sum().item() print('Epoch: %d, Test Accuracy: %.2f%%' % (epoch+1, 100.*correct/total)) ``` 以上就是基于PyTorch实现基于ShuffleNet V2的图像识别的完整步骤。
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