yolov7train.py详解

yolov7train.py 是使用 YOLOv7 算法进行目标检测的训练脚本。下面对 yolov7train.py 的主要代码进行简单的解释：

1. 导入相关库

import argparse
import yaml
import time

import torch
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets

from models.yolov7 import Model
from utils.datasets import ImageFolder
from utils.general import (
    check_img_size, non_max_suppression, apply_classifier, scale_coords,
    xyxy2xywh, plot_one_box, strip_optimizer, set_logging)
from utils.torch_utils import (
    select_device, time_synchronized, load_classifier, model_info)

这里导入了 argparse 用于解析命令行参数，yaml 用于解析配置文件，time 用于记录时间，torch 用于神经网络训练，DataLoader 用于读取数据集，datasets 和 ImageFolder 用于加载数据集，Model 用于定义 YOLOv7 模型，各种工具函数用于辅助训练。

2. 定义命令行参数

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--data', type=str, default='data.yaml', help='dataset.yaml path')
parser.add_argument('--hyp', type=str, default='hyp.yaml', help='hyperparameters path')
parser.add_argument('--epochs', type=int, default=300)
parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=16, help='total batch size for all GPUs')
parser.add_argument('--img-size', nargs='+', type=int, default=[640, 640], help='[train, test] image sizes')
parser.add_argument('--rect', action='store_true', help='rectangular training')
parser.add_argument('--resume', nargs='?', const='yolov7.pt', default=False, help='resume most recent training')
parser.add_argument('--nosave', action='store_true', help='only save final checkpoint')
parser.add_argument('--notest', action='store_true', help='only test final epoch')
parser.add_argument('--evolve', action='store_true', help='evolve hyperparameters')
parser.add_argument('--bucket', type=str, default='', help='gsutil bucket')
opt = parser.parse_args()

这里定义了许多命令行参数，包括数据集路径、超参数路径、训练轮数、批量大小、图片大小、是否使用矩形训练、是否从最近的检查点恢复训练、是否只保存最终的检查点、是否只测试最终的模型、是否进行超参数进化、gsutil 存储桶等。

3. 加载数据集

with open(opt.data) as f:
    data_dict = yaml.load(f, Loader=yaml.FullLoader)

train_path = data_dict['train']
test_path = data_dict['test']
num_classes = data_dict['nc']
names = data_dict['names']

train_dataset = ImageFolder(train_path, img_size=opt.img_size[0], rect=opt.rect)
test_dataset = ImageFolder(test_path, img_size=opt.img_size[1], rect=True)

batch_size = opt.batch_size
train_dataloader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=8, pin_memory=True, collate_fn=train_dataset.collate_fn)
test_dataloader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size * 2, num_workers=8, pin_memory=True, collate_fn=test_dataset.collate_fn)

这里读取了数据集的配置文件，包括训练集、测试集、类别数和类别名称等信息。然后使用 ImageFolder 加载数据集，设置图片大小和是否使用矩形训练。最后使用 DataLoader 加载数据集，并设置批量大小、是否 shuffle、是否使用 pin_memory 等参数。

4. 定义 YOLOv7 模型

model = Model(opt.hyp, num_classes, opt.img_size)
model.nc = num_classes

device = select_device(opt.device, batch_size=batch_size)
model.to(device).train()

criterion = model.loss

optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=hyp['lr0'], momentum=hyp['momentum'], weight_decay=hyp['weight_decay'])

scheduler = torch.optim.lr_scheduler.CosineAnnealingWarmRestarts(optimizer, T_0=1, T_mult=2)

start_epoch = 0
best_fitness = 0.0

这里使用 Model 类定义了 YOLOv7 模型，并将其放到指定设备上进行训练。使用交叉熵损失函数作为模型的损失函数，使用 SGD 优化器进行训练，并使用余弦退火学习率调整策略。定义了起始轮数、最佳精度等变量。

5. 开始训练

for epoch in range(start_epoch, opt.epochs):
    model.train()
    mloss = torch.zeros(4).to(device)  # mean losses
    for i, (imgs, targets, paths, _) in enumerate(train_dataloader):
        ni = i + len(train_dataloader) * epoch  # number integrated batches (since train start)
        imgs = imgs.to(device)
        targets = targets.to(device)

        loss, _, _ = model(imgs, targets)
        loss.backward()

        optimizer.step()
        optimizer.zero_grad()

        mloss = (mloss * i + loss.detach().cpu()) / (i + 1)  # update mean losses

        # Print batch results
        if ni % 20 == 0:
            print(f'Epoch {epoch}/{opt.epochs - 1}, Batch {i}/{len(train_dataloader) - 1}, lr={optimizer.param_groups[0]["lr"]:.6f}, loss={mloss[0]:.4f}')

    # Update scheduler
    scheduler.step()

    # Update Best fitness
    with torch.no_grad():
        fitness = model_fitness(model)
        if fitness > best_fitness:
            best_fitness = fitness

    # Save checkpoint
    if (not opt.nosave) or (epoch == opt.epochs - 1):
        ckpt = {
            'epoch': epoch,
            'best_fitness': best_fitness,
            'state_dict': model.state_dict(),
            'optimizer': optimizer.state_dict()
        }
        torch.save(ckpt, f'checkpoints/yolov7_epoch{epoch}.pt')

    # Test
    if not opt.notest:
        t = time_synchronized()
        model.eval()
        for j, (imgs, targets, paths, shapes) in enumerate(test_dataloader):
            if j == 0:
                pred = model(imgs.to(device))
                pred = non_max_suppression(pred, conf_thres=0.001, iou_thres=0.6)
            else:
                break

        t1 = time_synchronized()
        if isinstance(pred, int) or isinstance(pred, tuple):
            print(f'Epoch {epoch}/{opt.epochs - 1}, test_loss={mloss[0]:.4f}, test_mAP={0.0}')
        else:
            pred = pred[0].cpu()
            iou_thres = 0.5
            niou = [iou_thres] * num_classes
            ap, p, r = ap_per_class(pred, targets, shapes, iou_thres=niou)
            mp, mr, map50, f1, _, _ = stats(ap, p, r, gt=targets)

            print(f'Epoch {epoch}/{opt.epochs - 1}, test_loss={mloss[0]:.4f}, test_mAP={map50:.2f} ({mr*100:.1f}/{mp*100:.1f})')

            # Plot images
            if epoch == 0 and j == 0:
                for i, det in enumerate(pred):  # detections per image
                    img = cv2.imread(paths[i])  # BGR
                    img = plot_results(img, det, class_names=names)
                    cv2.imwrite(f'runs/test{i}.jpg', img)
                    if i == 3:
                        break

这里进行了多个 epoch 的训练。在每个 epoch 中，对于每个批量的数据，先将数据移动到指定设备上，然后计算模型的损失函数，并进行反向传播和梯度下降。在每个 epoch 结束时，更新学习率调整策略和最佳精度，保存当前的检查点。如果 opt.notest 为 False，则进行测试，并输出测试结果。最后，如果是第一个 epoch，则绘制部分图像用于可视化。