由void readDataset(string imagesFile, string labelsFile, vector<Mat>& images, vector<int>& labels) void convolve(Mat& input, Mat filter, Mat& output) void pool(Mat& input, Mat& output) void fullyConnected(Mat& input, Mat& weight, Mat& bias, Mat& output) void softmax(Mat& input, Mat& output) void cnnModel(Mat& input, Mat& output)组成的C++手写数字识别main函数实现

时间: 2024-03-07 18:48:03 浏览: 20
好的,以下是一个简单的手写数字识别的C++程序实现: ```c++ #include <iostream> #include <fstream> #include <vector> #include <opencv2/opencv.hpp> using namespace std; using namespace cv; // 读取MNIST数据集 void readDataset(string imagesFile, string labelsFile, vector<Mat>& images, vector<int>& labels) { ifstream ifsImages(imagesFile, ios::binary); ifstream ifsLabels(labelsFile, ios::binary); if (!ifsImages.is_open() || !ifsLabels.is_open()) { cout << "Failed to open file." << endl; return; } int magicImages, magicLabels, numImages, numLabels; ifsImages.read((char*)&magicImages, sizeof(magicImages)); ifsLabels.read((char*)&magicLabels, sizeof(magicLabels)); ifsImages.read((char*)&numImages, sizeof(numImages)); ifsLabels.read((char*)&numLabels, sizeof(numLabels)); magicImages = reverseInt(magicImages); magicLabels = reverseInt(magicLabels); numImages = reverseInt(numImages); numLabels = reverseInt(numLabels); for (int i = 0; i < numImages; ++i) { Mat image = Mat::zeros(28, 28, CV_8UC1); for (int r = 0; r < 28; ++r) { for (int c = 0; c < 28; ++c) { unsigned char pixel; ifsImages.read((char*)&pixel, sizeof(pixel)); image.at<uchar>(r, c) = pixel; } } images.push_back(image); } for (int i = 0; i < numLabels; ++i) { unsigned char label; ifsLabels.read((char*)&label, sizeof(label)); labels.push_back((int)label); } } // 卷积操作 void convolve(Mat& input, Mat filter, Mat& output) { int filterSize = filter.rows; int pad = filterSize / 2; Mat paddedInput; copyMakeBorder(input, paddedInput, pad, pad, pad, pad, BORDER_CONSTANT, Scalar(0)); output.create(input.rows, input.cols, input.type()); for (int r = pad; r < paddedInput.rows - pad; ++r) { for (int c = pad; c < paddedInput.cols - pad; ++c) { double sum = 0.0; for (int fr = 0; fr < filterSize; ++fr) { for (int fc = 0; fc < filterSize; ++fc) { int ir = r - pad + fr; int ic = c - pad + fc; sum += paddedInput.at<double>(ir, ic) * filter.at<double>(fr, fc); } } output.at<double>(r - pad, c - pad) = sum; } } } // 池化操作 void pool(Mat& input, Mat& output) { output.create(input.rows / 2, input.cols / 2, input.type()); for (int r = 0; r < input.rows; r += 2) { for (int c = 0; c < input.cols; c += 2) { double maxVal = 0.0; for (int pr = 0; pr < 2; ++pr) { for (int pc = 0; pc < 2; ++pc) { double val = input.at<double>(r + pr, c + pc); if (val > maxVal) { maxVal = val; } } } output.at<double>(r / 2, c / 2) = maxVal; } } } // 全连接层操作 void fullyConnected(Mat& input, Mat& weight, Mat& bias, Mat& output) { output.create(1, weight.cols, CV_64FC1); for (int c = 0; c < weight.cols; ++c) { double sum = 0.0; for (int r = 0; r < weight.rows; ++r) { sum += input.at<double>(r) * weight.at<double>(r, c); } sum += bias.at<double>(0, c); output.at<double>(0, c) = sum; } } // Softmax操作 void softmax(Mat& input, Mat& output) { output.create(1, input.cols, CV_64FC1); double sum = 0.0; for (int c = 0; c < input.cols; ++c) { double expVal = exp(input.at<double>(0, c)); output.at<double>(0, c) = expVal; sum += expVal; } for (int c = 0; c < input.cols; ++c) { output.at<double>(0, c) /= sum; } } // CNN模型 void cnnModel(Mat& input, Mat& output) { // 卷积层1 Mat filter1 = (Mat_<double>(5, 5) << -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,24,24,24,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1); Mat conv1; convolve(input, filter1, conv1); // 激活函数ReLU Mat relu1; cv::max(0, conv1, relu1); // 池化层1 Mat pool1; pool(relu1, pool1); // 卷积层2 Mat filter2 = (Mat_<double>(5, 5) << -1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,24,24,24,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1); Mat conv2; convolve(pool1, filter2, conv2); // 激活函数ReLU Mat relu2; cv::max(0, conv2, relu2); // 池化层2 Mat pool2; pool(relu2, pool2); // 全连接层1 Mat fcInput = pool2.reshape(1, 1); Mat weight1 = (Mat_<double>(fcInput.cols, 128) << ...); Mat bias1 = (Mat_<double>(1, 128) << ...); Mat fc1; fullyConnected(fcInput, weight1, bias1, fc1); // 激活函数ReLU Mat relu3; cv::max(0, fc1, relu3); // 全连接层2 Mat weight2 = (Mat_<double>(relu3.cols, 10) << ...); Mat bias2 = (Mat_<double>(1, 10) << ...); Mat fc2; fullyConnected(relu3, weight2, bias2, fc2); // Softmax softmax(fc2, output); } int main() { // 读取MNIST数据集 vector<Mat> images; vector<int> labels; readDataset("train-images-idx3-ubyte", "train-labels-idx1-ubyte", images, labels); // 训练CNN模型 for (int i = 0; i < images.size(); ++i) { Mat input = images[i] / 255.0; Mat output; cnnModel(input, output); // 计算损失函数 double loss = 0.0; for (int c = 0; c < output.cols; ++c) { int label = (c == labels[i]) ? 1 : 0; loss += -label * log(output.at<double>(0, c)); } // 反向传播更新权重和偏置 // ... } return 0; } ``` 需要注意的是,这只是一个简单的手写数字识别程序实现,具体的实现细节还需要根据实际需求进行调整和完善。

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对上述代码进行如下修改,是否改变基本功能:tatic int process(int8_t* input, int point_cnt, int height, int width, int stride, std::vector<float>& boxes, std::vector<float>& objProbs, std::vector<int>& classId, float threshold, int32_t zp, float scale) { int validCount = 0; float thres = unsigmoid(threshold); int8_t thres_i8 = qnt_f32_to_affine(thres, zp, scale); for (int a = 0; a < point_cnt; a++){ int8_t maxClassProbs = 0; int maxClassId = 0; for (int k = 1; k < OBJ_CLASS_NUM; ++k) { int8_t prob = input[(3+k) * point_cnt + a]; if (prob > maxClassProbs) { maxClassId = k; maxClassProbs = prob; } } if (maxClassProbs >= thres_i8) { int8_t rx = input[0 * point_cnt + a]; int8_t ry = input[1 * point_cnt + a]; int8_t rw = input[2 * point_cnt + a]; int8_t rh = input[3 * point_cnt + a]; float box_x = sigmoid(deqnt_affine_to_f32(rx, zp, scale)) * 2.0 - 0.5; float box_y = sigmoid(deqnt_affine_to_f32(ry, zp, scale)) * 2.0 - 0.5; float box_w = sigmoid(deqnt_affine_to_f32(rw, zp, scale)) * 2.0; float box_h = sigmoid(deqnt_affine_to_f32(rh, zp, scale)) * 2.0; objProbs.push_back(sigmoid(deqnt_affine_to_f32(maxClassProbs, zp, scale))); classId.push_back(maxClassId); validCount++; boxes.push_back(box_x); boxes.push_back(box_y); boxes.push_back(box_w); boxes.push_back(box_h); } } return validCount; } int post_process(int8_t* input0, int model_in_h, int model_in_w, float conf_threshold, float nms_threshold, float scale_w, float scale_h, std::vector<int32_t>& qnt_zps, std::vector<float>& qnt_scales, detect_result_group_t* group) { static int init = -1; if (init == -1) { int ret = 0; ret = loadLabelName(LABEL_NALE_TXT_PATH, labels); if (ret < 0) { return -1; } init = 0; } memset(group, 0, sizeof(detect_result_group_t)); std::vector<float> filterBoxes; std::vector<float> objProbs; std::vector<int> classId; // stride 6 int stride0 = 4 + OBJ_CLASS_NUM; int point_cnt = 8400; int validCount0 = 0; validCount0 = process(input0, point_cnt, model_in_h, model_in_w, stride0, filterBoxes, objProbs, classId, conf_threshold, qnt_zps[0], qnt_scales[0]); int validCount = validCount0; // no object detect if (validCount <= 0) { return 0; } std::vector<int> indexArray; for (int i = 0; i < validCount; ++i) { indexArray.push_back(i); } quick_sort_indice_inverse(objProbs, 0, validCount - 1, indexArray); std::set<int> class_set(std::begin(classId), std::end(classId)); for (auto c : class_set) { nms(validCount, filterBoxes, classId, indexArray, c, nms_threshold); } int last_count = 0; group->count = 0; /* box valid detect target */ for (int i = 0; i < validCount; ++i) { if (indexArray[i] == -1 || last_count >= OBJ_NUMB_MAX_SIZE) { continue; } int n = indexArray[i]; float x1 = filterBoxes[n * 4 + 0]; float y1 = filterBoxes[n * 4 + 1]; float x2 = x1 + filterBoxes[n * 4 + 2]; float y2 = y1 + filterBoxes[n * 4 + 3]; int id = classId[n]; float obj_conf = objProbs[i]; group->results[last_count].box.left = (int)(clamp(x1, 0, model_in_w) / scale_w); group->results[last_count].box.top = (int)(clamp(y1, 0, model_in_h) / scale_h); group->results[last_count].box.right = (int)(clamp(x2, 0, model_in_w) / scale_w); group->results[last_count].box.bottom = (int)(clamp(y2, 0, model_in_h) / scale_h); group->results[last_count].prop = obj_conf; char* label = labels[id]; strncpy(group->results[last_count].name, label, OBJ_NAME_MAX_SIZE); // printf("result %2d: (%4d, %4d, %4d, %4d), %s\n", i, group->results[last_count].box.left, // group->results[last_count].box.top, // group->results[last_count].box.right, group->results[last_count].box.bottom, label); last_count++; } group->count = last_count; return 0; }

解释代码:int post_process(int8_t* input0, int8_t* input1, int8_t* input2, int model_in_h, int model_in_w, float conf_threshold, float nms_threshold, float scale_w, float scale_h, std::vector<int32_t>& qnt_zps, std::vector<float>& qnt_scales, detect_result_group_t* group) { static int init = -1; if (init == -1) { int ret = 0; ret = loadLabelName(LABEL_NALE_TXT_PATH, labels); if (ret < 0) { return -1; } init = 0; } memset(group, 0, sizeof(detect_result_group_t)); std::vector<float> filterBoxes; std::vector<float> objProbs; std::vector<int> classId; // stride 8 int stride0 = 8; int grid_h0 = model_in_h / stride0; int grid_w0 = model_in_w / stride0; int validCount0 = 0; validCount0 = process(input0, (int*)anchor0, grid_h0, grid_w0, model_in_h, model_in_w, stride0, filterBoxes, objProbs, classId, conf_threshold, qnt_zps[0], qnt_scales[0]); // stride 16 int stride1 = 16; int grid_h1 = model_in_h / stride1; int grid_w1 = model_in_w / stride1; int validCount1 = 0; validCount1 = process(input1, (int*)anchor1, grid_h1, grid_w1, model_in_h, model_in_w, stride1, filterBoxes, objProbs, classId, conf_threshold, qnt_zps[1], qnt_scales[1]); // stride 32 int stride2 = 32; int grid_h2 = model_in_h / stride2; int grid_w2 = model_in_w / stride2; int validCount2 = 0; validCount2 = process(input2, (int*)anchor2, grid_h2, grid_w2, model_in_h, model_in_w, stride2, filterBoxes, objProbs, classId, conf_threshold, qnt_zps[2], qnt_scales[2]); int validCount = validCount0 + validCount1 + validCount2; // no object detect if (validCount <= 0) { return 0; } std::vector<int> indexArray; for (int i = 0; i < validCount; ++i) { indexArray.push_back(i); } quick_sort_indice_inverse(objProbs, 0, validCount - 1, indexArray); std::set<int> class_set(std::begin(classId), std::end(classId)); for (auto c : class_set) { nms(validCount, filterBoxes, classId, indexArray, c, nms_threshold); } int last_count = 0; group->count = 0; /* box valid detect target */ for (int i = 0; i < validCount; ++i) { if (indexArray[i] == -1 || last_count >= OBJ_NUMB_MAX_SIZE) { continue; } int n = indexArray[i]; float x1 = filterBoxes[n * 4 + 0]; float y1 = filterBoxes[n * 4 + 1]; float x2 = x1 + filterBoxes[n * 4 + 2]; float y2 = y1 + filterBoxes[n * 4 + 3]; int id = classId[n]; float obj_conf = objProbs[i]; group->results[last_count].box.left = (int)(clamp(x1, 0, model_in_w) / scale_w); group->results[last_count].box.top = (int)(clamp(y1, 0, model_in_h) / scale_h); group->results[last_count].box.right = (int)(clamp(x2, 0, model_in_w) / scale_w); group->results[last_count].box.bottom = (int)(clamp(y2, 0, model_in_h) / scale_h); group->results[last_count].prop = obj_conf; char* label = labels[id]; strncpy(group->results[last_count].name, label, OBJ_NAME_MAX_SIZE); // printf("result %2d: (%4d, %4d, %4d, %4d), %s\n", i, group->results[last_count].box.left, // group->results[last_count].box.top, // group->results[last_count].box.right, group->results[last_count].box.bottom, label); last_count++; } group->count = last_count; return 0; }

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