python人工智能使用RepVgg实现图像分类示例详解
作者：AI浩
摘要
RepVgg通过结构重参数化让VGG再次伟大。 所谓“VGG式”指的是：
- 没有任何分支结构。即通常所说的plain或feed-forward架构。
- 仅使用3x3卷积。
- 仅使用ReLU作为激活函数。
RepVGG的更深版本达到了84.16%正确率！反超若干transformer！
RepVgg是如何到的呢？简单地说就是：
- 首先， 训练一个多分支模型
- 然后，将多分支模型等价转换为单路模型
- 最在，在部署的时候，部署转换后单路模型
我这篇文章主要讲解如何使用RepVgg完成图像分类任务，接下来我们一起完成项目的实战。
通过这篇文章能让你学到：
- 如何使用数据增强，包括transforms的增强、CutOut、MixUp、CutMix等增强手段？
- 如何实现RepVGG模型实现训练？
- 如何将多分支模型等价转换为单路模型？
- 如何使用pytorch自带混合精度？
- 如何使用梯度裁剪防止梯度爆炸？
- 如何使用DP多显卡训练？
- 如何绘制loss和acc曲线？
- 如何生成val的测评报告？
- 如何编写测试脚本测试测试集？
- 如何使用余弦退火策略调整学习率？
- 如何使用AverageMeter类统计ACC和loss等自定义变量？
- 如何理解和统计ACC1和ACC5？
- 如何使用EMA？
安装包
安装timm
使用pip就行，命令：
pip install timm
数据增强Cutout和Mixup
为了提高成绩我在代码中加入Cutout和Mixup这两种增强方式。实现这两种增强需要安装torchtoolbox。安装命令：
pip install torchtoolbox
Cutout实现，在transforms中。
from torchtoolbox.transform import Cutout
# 数据预处理
transform = transforms.Compose([
transforms.Resize((224, 224)),
Cutout(),
transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize([0.5, 0.5, 0.5], [0.5, 0.5, 0.5])
])
需要导入包：from timm.data.mixup import Mixup，
定义Mixup，和SoftTargetCrossEntropy
mixup_fn = Mixup(
mixup_alpha=0.8, cutmix_alpha=1.0, cutmix_minmax=None,
prob=0.1, switch_prob=0.5, mode='batch',
label_smoothing=0.1, num_classes=12)
criterion_train = SoftTargetCrossEntropy()
参数详解：
mixup_alpha (float): mixup alpha 值，如果 > 0，则 mixup 处于活动状态。
cutmix_alpha (float)：cutmix alpha 值，如果 > 0，cutmix 处于活动状态。
cutmix_minmax (List[float])：cutmix 最小/最大图像比率，cutmix 处于活动状态，如果不是 None，则使用这个 vs alpha。
如果设置了 cutmix_minmax 则cutmix_alpha 默认为1.0
prob (float): 每批次或元素应用 mixup 或 cutmix 的概率。
switch_prob (float): 当两者都处于活动状态时切换cutmix 和mixup 的概率 。
mode (str): 如何应用 mixup/cutmix 参数（每个'batch'，'pair'（元素对），'elem'（元素）。
correct_lam (bool): 当 cutmix bbox 被图像边框剪裁时应用。 lambda 校正
label_smoothing (float)：将标签平滑应用于混合目标张量。
num_classes (int): 目标的类数。
EMA
EMA（Exponential Moving Average）是指数移动平均值。在深度学习中的做法是保存历史的一份参数，在一定训练阶段后，拿历史的参数给目前学习的参数做一次平滑。具体实现如下：
class EMA():
def __init__(self, model, decay):
self.model = model
self.decay = decay
self.shadow = {}
self.backup = {}
def register(self):
for name, param in self.model.named_parameters():
if param.requires_grad:
self.shadow[name] = param.data.clone()
def update(self):
for name, param in self.model.named_parameters():
if param.requires_grad:
assert name in self.shadow
new_average = (1.0 - self.decay) * param.data + self.decay * self.shadow[name]
self.shadow[name] = new_average.clone()
def apply_shadow(self):
for name, param in self.model.named_parameters():
if param.requires_grad:
assert name in self.shadow
self.backup[name] = param.data
param.data = self.shadow[name]
def restore(self):
for name, param in self.model.named_parameters():
if param.requires_grad:
assert name in self.backup
param.data = self.backup[name]
self.backup = {}
加入到模型中。
# 初始化
ema = EMA(model, 0.999)
ema.register()
# 训练过程中，更新完参数后，同步update shadow weights
def train():
optimizer.step()
ema.update()
# eval前，apply shadow weights；eval之后，恢复原来模型的参数
def evaluate():
ema.apply_shadow()
# evaluate
ema.restore()
这个ema最好放在微调的时候使用，否则验证集不上分，或者上分很慢。
项目结构
RepVgg_demo ├─data1 │ ├─Black-grass │ ├─Charlock │ ├─Cleavers │ ├─Common Chickweed │ ├─Common wheat │ ├─Fat Hen │ ├─Loose Silky-bent │ ├─Maize │ ├─Scentless Mayweed │ ├─Shepherds Purse │ ├─Small-flowered Cranesbill │ └─Sugar beet ├─models │ ├─__init__.py │ ├─repvgg.py │ └─se_block.py ├─mean_std.py ├─makedata.py ├─ema.py ├─train.py └─test.py
mean_std.py：计算mean和std的值。 makedata.py：生成数据集。 ema.py：EMA脚本 models文件夹下的repvgg.py和se_block.py:来自官方的pytorch版本的代码。 - repvgg.py：网络文件。 - se_block.py：SE注意力机制。
为了能在DP方式中使用混合精度，还需要在模型的forward函数前增加@autocast()。
计算mean和std
为了使模型更加快速的收敛，我们需要计算出mean和std的值，新建mean_std.py,插入代码：
from torchvision.datasets import ImageFolder
import torch
from torchvision import transforms
def get_mean_and_std(train_data):
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
train_data, batch_size=1, shuffle=False, num_workers=0,
pin_memory=True)
mean = torch.zeros(3)
std = torch.zeros(3)
for X, _ in train_loader:
for d in range(3):
mean[d] += X[:, d, :, :].mean()
std[d] += X[:, d, :, :].std()
mean.div_(len(train_data))
std.div_(len(train_data))
return list(mean.numpy()), list(std.numpy())
if __name__ == '__main__':
train_dataset = ImageFolder(root=r'data1', transform=transforms.ToTensor())
print(get_mean_and_std(train_dataset))
数据集结构：
运行结果：
([0.3281186, 0.28937867, 0.20702125], [0.09407319, 0.09732835, 0.106712654])
把这个结果记录下来，后面要用！
生成数据集
我们整理还的图像分类的数据集结构是这样的
data ├─Black-grass ├─Charlock ├─Cleavers ├─Common Chickweed ├─Common wheat ├─Fat Hen ├─Loose Silky-bent ├─Maize ├─Scentless Mayweed ├─Shepherds Purse ├─Small-flowered Cranesbill └─Sugar beet
pytorch和keras默认加载方式是ImageNet数据集格式，格式是
├─data │ ├─val │ │ ├─Black-grass │ │ ├─Charlock │ │ ├─Cleavers │ │ ├─Common Chickweed │ │ ├─Common wheat │ │ ├─Fat Hen │ │ ├─Loose Silky-bent │ │ ├─Maize │ │ ├─Scentless Mayweed │ │ ├─Shepherds Purse │ │ ├─Small-flowered Cranesbill │ │ └─Sugar beet │ └─train │ ├─Black-grass │ ├─Charlock │ ├─Cleavers │ ├─Common Chickweed │ ├─Common wheat │ ├─Fat Hen │ ├─Loose Silky-bent │ ├─Maize │ ├─Scentless Mayweed │ ├─Shepherds Purse │ ├─Small-flowered Cranesbill │ └─Sugar beet
新增格式转化脚本makedata.py,插入代码：
import glob
import os
import shutil
image_list=glob.glob('data1/*/*.png')
print(image_list)
file_dir='data'
if os.path.exists(file_dir):
print('true')
#os.rmdir(file_dir)
shutil.rmtree(file_dir)#删除再建立
os.makedirs(file_dir)
else:
os.makedirs(file_dir)
from sklearn.model_selection import train_test_split
trainval_files, val_files = train_test_split(image_list, test_size=0.3, random_state=42)
train_dir='train'
val_dir='val'
train_root=os.path.join(file_dir,train_dir)
val_root=os.path.join(file_dir,val_dir)
for file in trainval_files:
file_class=file.replace("\\","/").split('/')[-2]
file_name=file.replace("\\","/").split('/')[-1]
file_class=os.path.join(train_root,file_class)
if not os.path.isdir(file_class):
os.makedirs(file_class)
shutil.copy(file, file_class + '/' + file_name)
for file in val_files:
file_class=file.replace("\\","/").split('/')[-2]
file_name=file.replace("\\","/").split('/')[-1]
file_class=os.path.join(val_root,file_class)
if not os.path.isdir(file_class):
os.makedirs(file_class)
shutil.copy(file, file_class + '/' + file_name)
完成上面的内容就可以开启训练和测试了。
以上就是python人工智能使用RepVgg实现图像分类示例详解的详细内容，更多关于python人工智能RepVgg图像分类的资料请关注脚本之家其它相关文章！