VGG卷积神经网络-笔记

VGG卷积神经网络-笔记
VGG是当前最流行的CNN模型之一，
2014年由Simonyan和Zisserman提出，
其命名来源于论文作者所在的实验室Visual Geometry Group。
在这里插入图片描述
测试结果为：
通过运行结果可以发现，在眼疾筛查数据集iChallenge-PM上使用VGG，loss能有效的下降，
经过5个epoch的训练，在验证集上的准确率可以达到94%左右。

实测准确率为0.94左右
[validation] accuracy/loss: 0.9400/0.1871

PS E:\project\python> & D:/ProgramData/Anaconda3/python.exe e:/project/python/PM/VGG_PM.py
W0803 17:19:47.159580  3832 gpu_resources.cc:61] Please NOTE: device: 0, GPU Compute Capability: 6.1, Driver API Version: 12.2, Runtime API Version: 10.2
W0803 17:19:47.168586  3832 gpu_resources.cc:91] device: 0, cuDNN Version: 7.6.
start training ...
epoch: 0, batch_id: 0, loss is: 0.7140
epoch: 0, batch_id: 20, loss is: 0.6399
[validation] accuracy/loss: 0.8675/0.3249
epoch: 1, batch_id: 0, loss is: 0.2456
epoch: 1, batch_id: 20, loss is: 0.3115
[validation] accuracy/loss: 0.9250/0.2395
epoch: 2, batch_id: 0, loss is: 0.2267
epoch: 2, batch_id: 20, loss is: 0.1179
[validation] accuracy/loss: 0.9050/0.3038
epoch: 3, batch_id: 0, loss is: 0.2367
epoch: 3, batch_id: 20, loss is: 0.3747
[validation] accuracy/loss: 0.9200/0.2123
epoch: 4, batch_id: 0, loss is: 0.3089
epoch: 4, batch_id: 20, loss is: 0.0130
[validation] accuracy/loss: 0.9400/0.1871

VGG网格 子图层结构
[Conv2D(3, 64, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(64, 64, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
MaxPool2D(kernel_size=2, stride=2, padding=0), Conv2D(64, 128, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(128, 128, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
MaxPool2D(kernel_size=2, stride=2, padding=0), Conv2D(128, 256, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(256, 256, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(256, 256, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
MaxPool2D(kernel_size=2, stride=2, padding=0), Conv2D(256, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(512, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(512, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
MaxPool2D(kernel_size=2, stride=2, padding=0), Conv2D(512, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(512, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
Conv2D(512, 512, kernel_size=[3, 3], padding=1, data_format=NCHW), 
MaxPool2D(kernel_size=2, stride=2, padding=0), Linear(in_features=25088, out_features=4096, dtype=float32), 
ReLU(), 
Dropout(p=0.5, axis=None, mode=upscale_in_train), Linear(in_features=4096, out_features=4096, dtype=float32), 
ReLU(), 
Dropout(p=0.5, axis=None, mode=upscale_in_train), Linear(in_features=4096, out_features=1, dtype=float32)](10, 3, 224, 224)
[10, 3, 224, 224]
#VGG网格 子图层shape[N，Cout,H,W],w参数[Cout,Ci,Kh,Kw]，b参数[Cout]
conv2d_0 [10, 64, 224, 224] [64, 3, 3, 3] [64]
conv2d_1 [10, 64, 224, 224] [64, 64, 3, 3] [64]
max_pool2d_0 [10, 64, 112, 112]
conv2d_2 [10, 128, 112, 112] [128, 64, 3, 3] [128]
conv2d_3 [10, 128, 112, 112] [128, 128, 3, 3] [128]
max_pool2d_1 [10, 128, 56, 56]
conv2d_4 [10, 256, 56, 56] [256, 128, 3, 3] [256]
conv2d_5 [10, 256, 56, 56] [256, 256, 3, 3] [256]
conv2d_6 [10, 256, 56, 56] [256, 256, 3, 3] [256]
max_pool2d_2 [10, 256, 28, 28]
conv2d_7 [10, 512, 28, 28] [512, 256, 3, 3] [512]
conv2d_8 [10, 512, 28, 28] [512, 512, 3, 3] [512]
conv2d_9 [10, 512, 28, 28] [512, 512, 3, 3] [512]
max_pool2d_3 [10, 512, 14, 14]
conv2d_10 [10, 512, 14, 14] [512, 512, 3, 3] [512]
conv2d_11 [10, 512, 14, 14] [512, 512, 3, 3] [512]
conv2d_12 [10, 512, 14, 14] [512, 512, 3, 3] [512]
max_pool2d_4 [10, 512, 7, 7]
linear_0 [10, 4096] [25088, 4096] [4096]
re_lu_0 [10, 4096]
dropout_0 [10, 4096]
linear_1 [10, 4096] [4096, 4096] [4096]
re_lu_1 [10, 4096]
dropout_1 [10, 4096]
linear_2 [10, 1] [4096, 1] [1]
PS E:\project\python>

测试源代码如下所示：

# -*- coding:utf-8 -*-# VGG模型代码
import numpy as np
import paddle
# from paddle.nn import Conv2D, MaxPool2D, BatchNorm, Linear
from paddle.nn import Conv2D, MaxPool2D, BatchNorm2D, Linear# 定义vgg网络
class VGG(paddle.nn.Layer):def __init__(self, num_classes=1):super(VGG, self).__init__()in_channels = [3, 64, 128, 256, 512, 512]# 定义第一个block，包含两个卷积self.conv1_1 = Conv2D(in_channels=in_channels[0], out_channels=in_channels[1], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv1_2 = Conv2D(in_channels=in_channels[1], out_channels=in_channels[1], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.pool1 = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)# 定义第二个block，包含两个卷积self.conv2_1 = Conv2D(in_channels=in_channels[1], out_channels=in_channels[2], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv2_2 = Conv2D(in_channels=in_channels[2], out_channels=in_channels[2], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.pool2 = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)# 定义第三个block，包含三个卷积self.conv3_1 = Conv2D(in_channels=in_channels[2], out_channels=in_channels[3], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv3_2 = Conv2D(in_channels=in_channels[3], out_channels=in_channels[3], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv3_3 = Conv2D(in_channels=in_channels[3], out_channels=in_channels[3], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.pool3 = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)# 定义第四个block，包含三个卷积self.conv4_1 = Conv2D(in_channels=in_channels[3], out_channels=in_channels[4], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv4_2 = Conv2D(in_channels=in_channels[4], out_channels=in_channels[4], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv4_3 = Conv2D(in_channels=in_channels[4], out_channels=in_channels[4], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.pool4 = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)# 定义第五个block，包含三个卷积self.conv5_1 = Conv2D(in_channels=in_channels[4], out_channels=in_channels[5], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv5_2 = Conv2D(in_channels=in_channels[5], out_channels=in_channels[5], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.conv5_3 = Conv2D(in_channels=in_channels[5], out_channels=in_channels[5], kernel_size=3, padding=1, stride=1)self.pool5 = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)# 使用Sequential 将全连接层和relu组成一个线性结构（fc + relu）# 当输入为224x224时，经过五个卷积块和池化层后，特征维度变为[512x7x7]=25088#self.fc1 = paddle.nn.Sequential(paddle.nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096), paddle.nn.ReLU())self.fc1 = paddle.nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096)self.relu1=paddle.nn.ReLU()self.drop1_ratio = 0.5self.dropout1 = paddle.nn.Dropout(self.drop1_ratio, mode='upscale_in_train')# 使用Sequential 将全连接层和relu组成一个线性结构（fc + relu）#self.fc2 = paddle.nn.Sequential(paddle.nn.Linear(4096, 4096), paddle.nn.ReLU())self.fc2 = paddle.nn.Linear(4096, 4096)self.relu2=paddle.nn.ReLU()self.drop2_ratio = 0.5self.dropout2 = paddle.nn.Dropout(self.drop2_ratio, mode='upscale_in_train')self.fc3 = paddle.nn.Linear(4096, 1)#self.relu = paddle.nn.ReLU()#self.pool = MaxPool2D(stride=2, kernel_size=2)def forward(self, x):x = self.relu1(self.conv1_1(x))x = self.relu1(self.conv1_2(x))x = self.pool1(x)x = self.relu1(self.conv2_1(x))x = self.relu1(self.conv2_2(x))x = self.pool2(x)x = self.relu1(self.conv3_1(x))x = self.relu1(self.conv3_2(x))x = self.relu1(self.conv3_3(x))x = self.pool3(x)x = self.relu1(self.conv4_1(x))x = self.relu1(self.conv4_2(x))x = self.relu1(self.conv4_3(x))x = self.pool4(x)x = self.relu1(self.conv5_1(x))x = self.relu1(self.conv5_2(x))x = self.relu1(self.conv5_3(x))x = self.pool5(x)x = paddle.flatten(x, 1, -1)x = self.dropout1(self.relu1(self.fc1(x)))x = self.dropout2(self.relu2(self.fc2(x)))x = self.fc3(x)return x
#
import PM
# 创建模型
model = VGG()
# opt = paddle.optimizer.Adam(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())
opt = paddle.optimizer.Momentum(learning_rate=0.001, momentum=0.9, parameters=model.parameters())# 启动训练过程
PM.train_pm(model, opt)   # 输入数据形状是 [N, 3, H, W]
# 这里用np.random创建一个随机数组作为输入数据
x = np.random.randn(*[10,3,224,224])
x = x.astype('float32')
# 创建CNN类的实例，指定模型名称和分类的类别数目
#model = VGG(1)
#
PM.DisplayCNN_layers(model,x)
#

PM.py源代码

#数据处理
#==============================================================================================
import cv2
import random
import numpy as np
import os
from paddle.nn import Conv2D, MaxPool2D, Linear, Dropout
## 组网
import paddle.nn.functional as F# 对读入的图像数据进行预处理
def transform_img(img):# 将图片尺寸缩放道 224x224img = cv2.resize(img, (224, 224))# 读入的图像数据格式是[H, W, C]# 使用转置操作将其变成[C, H, W]img = np.transpose(img, (2,0,1))img = img.astype('float32')# 将数据范围调整到[-1.0, 1.0]之间img = img / 255.img = img * 2.0 - 1.0return img# 定义训练集数据读取器
def data_loader(datadir, batch_size=10, mode = 'train'):# 将datadir目录下的文件列出来，每条文件都要读入filenames = os.listdir(datadir)def reader():if mode == 'train':# 训练时随机打乱数据顺序random.shuffle(filenames)batch_imgs = []batch_labels = []for name in filenames:filepath = os.path.join(datadir, name)img = cv2.imread(filepath)img = transform_img(img)if name[0] == 'H' or name[0] == 'N':# H开头的文件名表示高度近似，N开头的文件名表示正常视力# 高度近视和正常视力的样本，都不是病理性的，属于负样本，标签为0label = 0elif name[0] == 'P':# P开头的是病理性近视，属于正样本，标签为1label = 1else:raise('Not excepted file name')# 每读取一个样本的数据，就将其放入数据列表中batch_imgs.append(img)batch_labels.append(label)if len(batch_imgs) == batch_size:# 当数据列表的长度等于batch_size的时候，# 把这些数据当作一个mini-batch，并作为数据生成器的一个输出imgs_array = np.array(batch_imgs).astype('float32')labels_array = np.array(batch_labels).astype('float32').reshape(-1, 1)yield imgs_array, labels_arraybatch_imgs = []batch_labels = []if len(batch_imgs) > 0:# 剩余样本数目不足一个batch_size的数据，一起打包成一个mini-batchimgs_array = np.array(batch_imgs).astype('float32')labels_array = np.array(batch_labels).astype('float32').reshape(-1, 1)yield imgs_array, labels_arrayreturn reader# 定义验证集数据读取器
def valid_data_loader(datadir, csvfile, batch_size=10, mode='valid'):# 训练集读取时通过文件名来确定样本标签，验证集则通过csvfile来读取每个图片对应的标签# 请查看解压后的验证集标签数据，观察csvfile文件里面所包含的内容# csvfile文件所包含的内容格式如下，每一行代表一个样本，# 其中第一列是图片id，第二列是文件名，第三列是图片标签，# 第四列和第五列是Fovea的坐标，与分类任务无关# ID,imgName,Label,Fovea_X,Fovea_Y# 1,V0001.jpg,0,1157.74,1019.87# 2,V0002.jpg,1,1285.82,1080.47# 打开包含验证集标签的csvfile，并读入其中的内容filelists = open(csvfile).readlines()def reader():batch_imgs = []batch_labels = []for line in filelists[1:]:line = line.strip().split(',')name = line[1]label = int(line[2])# 根据图片文件名加载图片，并对图像数据作预处理filepath = os.path.join(datadir, name)img = cv2.imread(filepath)img = transform_img(img)# 每读取一个样本的数据，就将其放入数据列表中batch_imgs.append(img)batch_labels.append(label)if len(batch_imgs) == batch_size:# 当数据列表的长度等于batch_size的时候，# 把这些数据当作一个mini-batch，并作为数据生成器的一个输出imgs_array = np.array(batch_imgs).astype('float32')labels_array = np.array(batch_labels).astype('float32').reshape(-1, 1)yield imgs_array, labels_arraybatch_imgs = []batch_labels = []if len(batch_imgs) > 0:# 剩余样本数目不足一个batch_size的数据，一起打包成一个mini-batchimgs_array = np.array(batch_imgs).astype('float32')labels_array = np.array(batch_labels).astype('float32').reshape(-1, 1)yield imgs_array, labels_arrayreturn reader# -*- coding: utf-8 -*-
#  识别眼疾图片
import os
import random
import paddle
import numpy as npDATADIR  = './PM/palm/PALM-Training400/PALM-Training400'
DATADIR2 = './PM/palm/PALM-Validation400'
CSVFILE  = './PM/labels.csv'
# 设置迭代轮数
EPOCH_NUM = 5# 定义训练过程
def train_pm(model, optimizer):# 开启0号GPU训练use_gpu = Truepaddle.device.set_device('gpu:0') if use_gpu else paddle.device.set_device('cpu')print('start training ... ')model.train()# 定义数据读取器，训练数据读取器和验证数据读取器train_loader = data_loader(DATADIR, batch_size=10, mode='train')valid_loader = valid_data_loader(DATADIR2, CSVFILE)for epoch in range(EPOCH_NUM):for batch_id, data in enumerate(train_loader()):x_data, y_data = dataimg = paddle.to_tensor(x_data)label = paddle.to_tensor(y_data)#print('image.shape=',img.shape)# 运行模型前向计算，得到预测值logits = model(img)loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(logits, label)avg_loss = paddle.mean(loss)if batch_id % 20 == 0:print("epoch: {}, batch_id: {}, loss is: {:.4f}".format(epoch, batch_id, float(avg_loss.numpy())))# 反向传播，更新权重，清除梯度avg_loss.backward()optimizer.step()optimizer.clear_grad()model.eval()accuracies = []losses = []for batch_id, data in enumerate(valid_loader()):x_data, y_data = dataimg = paddle.to_tensor(x_data)label = paddle.to_tensor(y_data)# 运行模型前向计算，得到预测值logits = model(img)# 二分类，sigmoid计算后的结果以0.5为阈值分两个类别# 计算sigmoid后的预测概率，进行loss计算pred = F.sigmoid(logits)loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(logits, label)# 计算预测概率小于0.5的类别pred2 = pred * (-1.0) + 1.0# 得到两个类别的预测概率，并沿第一个维度级联pred = paddle.concat([pred2, pred], axis=1)acc = paddle.metric.accuracy(pred, paddle.cast(label, dtype='int64'))accuracies.append(acc.numpy())losses.append(loss.numpy())print("[validation] accuracy/loss: {:.4f}/{:.4f}".format(np.mean(accuracies), np.mean(losses)))model.train()paddle.save(model.state_dict(), 'palm.pdparams')paddle.save(optimizer.state_dict(), 'palm.pdopt')
# 定义评估过程
def evaluation(model, params_file_path):# 开启0号GPU预估use_gpu = Truepaddle.device.set_device('gpu:0') if use_gpu else paddle.device.set_device('cpu')print('start evaluation .......')#加载模型参数model_state_dict = paddle.load(params_file_path)model.load_dict(model_state_dict)model.eval()eval_loader = data_loader(DATADIR, batch_size=10, mode='eval')acc_set = []avg_loss_set = []for batch_id, data in enumerate(eval_loader()):x_data, y_data = dataimg = paddle.to_tensor(x_data)label = paddle.to_tensor(y_data)y_data = y_data.astype(np.int64)label_64 = paddle.to_tensor(y_data)# 计算预测和精度prediction, acc = model(img, label_64)# 计算损失函数值loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(prediction, label)avg_loss = paddle.mean(loss)acc_set.append(float(acc.numpy()))avg_loss_set.append(float(avg_loss.numpy()))# 求平均精度acc_val_mean = np.array(acc_set).mean()avg_loss_val_mean = np.array(avg_loss_set).mean()print('loss={:.4f}, acc={:.4f}'.format(avg_loss_val_mean, acc_val_mean))
#==============================================================================================
#定义显示CNN模型参数结构
#====================================================== 
def DisplayCNN_layers(model,x):# 通过调用CNN从基类继承的sublayers()函数，# 查看CNN中所包含的子层print(model.sublayers())print(x.shape)x = paddle.to_tensor(x)print(x.shape)for item in model.sublayers():# item是CNN类中的一个子层# 查看经过子层之后的输出数据形状try:x = item(x)except:x = paddle.reshape(x, [x.shape[0], -1])x = item(x)if len(item.parameters())==2:# 查看卷积和全连接层的数据和参数的形状，# 其中item.parameters()[0]是权重参数w，item.parameters()[1]是偏置参数bprint(item.full_name(), x.shape, item.parameters()[0].shape, item.parameters()[1].shape)else:# 池化层没有参数print(item.full_name(), x.shape)  
#======================================================

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ai创作系统CHATGPT支持GPT4.0+支持ai绘画(MJ)+ai绘画(SD)集合几百种AI智能工具

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生成的AI绘画 非常的奈斯 包括GPT
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MACOM EDI 需求分析

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MACOM 是一家全球性半导体公司，专注于设计和制造高性能射频、微波和光电元件，其产品被广泛应用于通信、航空航天、国防、工业和医疗等领域。随着 MACOM 的不断发展，传统数据传输方式效率较低，无法满足 MACOM 的需求。为了提高企业…
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使用自适应去噪在线顺序极限学习机预测飞机发动机剩余使用寿命(Matlab代码实现）

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💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥 🏆博主优势：🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密，逻辑清晰，为了方便读者。 ⛳️座右铭&a…
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代理模式--静态代理和动态代理

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1.代理模式 定义：代理模式就是代替对象具备真实对象的功能，并代替真实对象完成相应的操作并且在不改变真实对象源代码的情况下扩展其功能，在某些情况下，⼀个对象不适合或者不能直接引⽤另⼀个对象，⽽代理对象可以在客户…
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【前端知识】React 基础巩固(三十六)——RTK中的异步操作

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React 基础巩固(三十六)——RTK中的异步操作 一、RTK中使用异步操作 引入RTK中的createAsyncThunk，在extraReducers中监听执行状态 import { createSlice, createAsyncThunk } from "reduxjs/toolkit"; import axios from "axios";export cons…
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Spring事务传播机制、实现方式、失效场景即原理

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贴一篇源码分析的好文章：https://blog.csdn.net/qq_30905661/article/details/114400417 本质： 一个事务对应一个数据库连接。 通过 this 来调用某个带有 Transactional 注解的方法时，这个注解是失效的，可以看做这个方法&#x…
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安防视频汇聚平台EasyCVR视频广场面包屑侧边栏支持拖拽操作

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智能视频监控平台EasyCVR能在复杂的网络环境中，将海量设备实现集中统一接入与汇聚管理，实现视频的处理与分发、录像与存储、按需调阅、平台级联等。 TSINGSEE青犀视频汇聚平台EasyCVR可拓展性强、视频能力灵活、部署轻快，可支持的主流标准协…
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