[人工智能]案例实践 --- Resnet经典卷积神经网络（Mindspore）

目录

前言

调用Model高阶API进行训练和保存模型文件?

Resnet18网络结构?

图解

代码详解----基于Jupternotebook

案例补充

前言

本案例实践参考AI Gallery-开发者-华为云

因为神经网络训练步骤类似，就只总结相关代码和Resnet18网络结构。

类似训练步骤可参考http://t.csdn.cn/SSmos

调用Model高阶API进行训练和保存模型文件?

此部分按照AI Gallery-开发者-华为云案例实践做的笔记，原代码详解很清楚，不理解可以官网查找Model API的详解——mindspore — MindSpore master documentation

import os,time
from mindspore import Model
from mindspore import load_checkpoint, load_param_into_net
from mindspore.train.callback import ModelCheckpoint, CheckpointConfig, LossMonitor, TimeMonitor

model = Model(network, loss_fn = net_loss, optimizer = net_opt, metrics = {'acc'}) #完成Model初始化

#训练参数
batch_num = mnist_ds_train.get_dataset_size() #训练数据集的规模
max_epochs = 1    #训练轮数

model_path = "./model/ckpt"  #训练好模型保存路径
os.system('rm -f {0}*.ckpt {0}*.meta {0}*.pb'.format(model_path))  #rm -f --->强制删除文件或者目录

#定义回调函数
config_ck = CheckpointConfig(save_checkpoint_steps=batch_num, keep_checkpoint_max=35)  #对ckpt的配置 保存步骤、保存最多ckpt文件数
ckpoint_cb = ModelCheckpoint(prefix="train_resnet_mnist", directory=model_path, config=config_ck)  #保存训练结束后的模型和参数

loss_cb = LossMonitor(batch_num)  # 用于输出损失
start_time = time.time()
model.train(max_epochs, mnist_ds_train, callbacks=[ckpoint_cb, loss_cb])  # 训练
res = model.eval(mnist_ds_test)  # 验证测试集
print("result: ", res)
cost_time = time.time() - start_time
print("训练总耗时： %.1f s" % cost_time)

Resnet18网络结构?

图解

【参考这位博主的文章http://t.csdn.cn/83wbR】

??

代码详解----基于Jupternotebook

第一步，构建一个残差单元

根据结构可知，每个残差单元不同的在于输入、输出通道数和步长，因此将这三个变量作为初始化参数?。

import mindspore.nn as nn
#构建一个残差单元
class basic_res(nn.Cell):
    """
    需要设置的参数：
    input_channels, output_channels, stride
    """
    def __init__(self, input_channels, output_channels, stride = 1):
        super(basic_res, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels = input_channels, out_channels = output_channels, kernel_size = 3, stride = stride, pad_mode="same")
        self.bn = nn.BatchNorm2d(output_channels)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels = output_channels, out_channels = output_channels, kernel_size = 3, stride = 1, pad_mode="same") #第二个卷积层的步长都为1，不需要人为设置
        self.downsample = nn.Conv2d(in_channels = input_channels, out_channels = output_channels, kernel_size = 1, stride = stride, pad_mode="same") #保证残差的输入shape与残差输出shape相同
    def construct(self, x):
        out = self.conv1(x)
        out = self.bn(out)
        out = self.relu(out)
        out = self.conv2(out)
        identity = self.downsample(x)
        
        out = out + identity
        out = self.relu(out)
        
        return out 

第二步，构建残差结构?

在Resnet18结构中，每一个残差结构由两个残差单元组成，观察第二幅图示结构，可知，除了第一个残差结构外，后面三个残差结构中第一个残差单元步长均变为了2，因此只有第一个残差单元的步长需要设置。

#堆叠残差单元构建成一个残差结构
def build_res(input_channels, output_channels,blocks, stride = 1):
    
    res_build = nn.SequentialCell()
    
    res_build.append(basic_res(input_channels, output_channels, stride = stride)) #第一个残差单元步长会改变，为2，具有下采样功能
    
    for _ in range(1, blocks):
        res_build.append(basic_res(output_channels, output_channels, stride = 1))#在一个残差结构里，除了第一个残差单元，后面步长均为1
    
    return res_build

?第三步，构建残差网络

基于定义好的残差结构，现在只需根据图式结构，构建输入层、隐藏层、输出层，设置相应的参数，便能搭建出Resnet18网络结构。?

#构建残差网络
from mindspore import nn

class Resnet(nn.Cell):
    
    def __init__(self, layer_dims, num_classes):
        super(Resnet, self).__init__()
        
        #输入层--对原始输入进行卷积池化等预处理
        self.stem = nn.SequentialCell([nn.Conv2d(3, 64,  7, 2, pad_mode='same'),  
                                nn.BatchNorm2d(64),      
                                nn.ReLU(),       
                                nn.MaxPool2d(3, 2, pad_mode='same')])
        #隐藏层---残差结构、卷积
        self.layer1 = build_res(64, 64, layer_dims[0])
        self.layer2 = build_res(64, 128, layer_dims[1], 2)
        self.layer3 = build_res(128, 256, layer_dims[2], 2)
        self.layer4 = build_res(256, 512, layer_dims[3], 2)
        
        #平均池化
        self.avgpool = nn.AvgPool2d(7, 1)
        
        #展开
        self.flatten = nn.Flatten()

        
        #全连接
        self.fc = nn.Dense(512, num_classes)
        
    def construct(self, x):
        #输入层
        out = self.stem(x)
        
        #隐藏层
        out = self.layer1(out)
        out = self.layer2(out)
        out = self.layer3(out)
        out = self.layer4(out)
        
        #输出层
        out = self.avgpool(out)
        out = self.flatten(out)
        out = self.fc(out)
        
        return out      

第四步，实例化测试?

#定义好每一个残差结构中残差单元数目
layer_dims = [2,2,2,2]

#建立测试数据
from mindspore import Tensor
from mindspore import numpy as np
x = Tensor(np.ones([1,3,224,224]))

#实例化网络
resnet18 = Resnet(layer_dims, 10)
#输入数据
x_resnet18 = resnet18(x)

?输入数据x:

输出结果：

?Jupternotebook是真的很方便的进行代码调试，可以将搭建的结构拆开来，一步一步测试输入层、隐藏层和输出层，对于新手来说，非常有利于理解神经网络结构，以及检查数据在整个处理过程中的变化。

案例补充

在本案例中最后进行批量预测，因为较简单，但有几处需要理解一下，于是就稍做了一下总结

import numpy as np
from PIL import Image
import mindspore
import mindspore.ops as ops
from mindspore import Tensor

dic_ds_test = mnist_ds_test.create_dict_iterator(output_numpy = True) #创建迭代数据，返回字典类型，数据类型是数组
ds_test = next(dic_ds_test)  #取创建好的迭代数据

images_test = ds_test["image"]  
labels_test = ds_test["label"]

output = model.predict(Tensor(images_test))   #开始预测，返回一个每一类的预测分数
pred_labels = ops.Argmax(output_type=mindspore.int32)(output)  #返回预测分数中最大值的索引，即预测值


print("预测值 -- > ", pred_labels)  # 打印预测值
print("真实值 -- > ", labels_test)  # 打印真实值


batch_img = np.squeeze(images_test[0])
for i in range(1, len(labels_test)):
    batch_img = np.hstack((batch_img, np.squeeze(images_test[i])))  # 将一批图片水平拼接起来，方便下一步进行显示
Image.fromarray((batch_img*255).astype('uint8'), mode= "L")  # 显示真实值

• next?（）------我的理解是如果不采用next(),也可以遍历数据，当读到空元素时，不会检查到，可能会有问题，但使用next(）时，遇到空元素，会自动终止并报错。详细原理可以参考：http://t.csdn.cn/OTTm2

预测结果显示：