关于解释MATLAB代码及相关问题?

Posted 2023-03-19

(a)如何修改预训练模型的最后三层，解释为什么预训练的预训练模型的最后三层被修改的原因？
(b)解释运行结果，并确定可能需要什么来改进结果？
(c)对模型的行为做出进一步的假设，并解释这些假设？

代码为识别花的代码：
clc;
clear all;
close all;
vDataPath='D:\Users\...\Desktop\data';
pictures = imageDatastore(vDataPath, 'IncludeSubfolders', true, ...
'LabelSource', 'foldernames');
%% Resize Dataset
[Trainimgs,Testimgs] = splitEachLabel(pictures,0.7,'randomized');
augTrain = augmentedImageDatastore([224,224,3], Trainimgs,'ColorPreprocessing', 'gray2rgb');
augTest = augmentedImageDatastore([224,224,3], Testimgs,'ColorPreprocessing', 'gray2rgb');
%% Load VGG-19 network
net = vgg19();
%% Replace last layers
layersTransfer = net.Layers(1:end-3);
numClasses = numel(categories(pictures.Labels));
layers = [
layersTransfer
fullyConnectedLayer(numClasses,'WeightLearnRateFactor', 20, ...
'BiasLearnRateFactor', 20)
softmaxLayer
classificationLayer];
options = trainingOptions('sgdm', ...
'InitialLearnRate',1e-3, ...
'MiniBatchSize',28, ...
'MaxEpochs',2, ...
'Shuffle','every-epoch', ...
'ValidationData',augTest, ...
'ValidationFrequency',3, ...
'Verbose',true, ...
'Plots','training-progress');
net = trainNetwork(augTrain,layers,options);
Ypred=classify(net,augTest);
pic = imread('D:\Users\...\Desktop\data\daisy\534547364_3f6b7279d2_n.jpg')
newpic =imresize(pic,[224 224])
out = classify(net,newpic);
figure,imshow(newpic)
title(string(out))

(a) 要修改预训练模型的最后三层，可以在代码中指定要保留的层数，并使用新的全连接层、softmax层和分类层来替换原来的层。
在这个代码中，可以使用以下代码来修改最后三层：
layersTransfer = net.Layers(1:end-3);
numClasses = numel(categories(pictures.Labels));
layers = [
layersTransfer
fullyConnectedLayer(numClasses,'WeightLearnRateFactor', 20, ...
'BiasLearnRateFactor', 20)
softmaxLayer
classificationLayer];
这段代码首先使用 net.Layers(1:end-3) 语句将 VGG-19 网络的所有层中的最后三层保留在 layersTransfer 中。然后，它使用 numel 函数计算类别数，并使用 fullyConnectedLayer 函数创建一个新的全连接层。最后，它使用 softmaxLayer 和 classificationLayer 函数创建新的 softmax 层和分类层。
修改预训练模型的最后三层的原因是，这些层是专门用于 ImageNet 数据集的分类任务的，可能不适用于其他数据集或任务。因此，使用新的层可以使模型更适用于新的数据集和任务。
(b) 要解释运行结果，可以使用函数 like confusionmat、plotconfusion、accuracy 和 plotroc 等函数来分析模型的性能。
confusionmat 函数可以用来计算混淆矩阵，即每种类别的预测结果。plotconfusion 函数可以绘制混淆矩阵，以帮助您直观地观察模型的表现。accuracy 函数可以用来计算模型的准确率，即模型正确预测的样本数与总样本数的比例。plotroc 函数可以绘制受试者工作特征 (ROC) 曲线，以帮助您评估模型的分类能力。
(c) 对模型的行为做出进一步的假设，可以尝试确定模型在哪些方面表现较好，哪些方面表现较差，以及可能的原因。
例如，如果模型在识别某些类别的图像时表现较差，可以假设这可能是因为这些类别的图像与其他类别的图像很相似，或者因为这些类别的图像数量较少，导致模型在训练过程中没有得到足够的数据。
如果模型的总体表现较差，可以假设这可能是因为数据集中存在许多噪声或杂质，导致模型无法有效地学习特征。或者，模型可能需要更多的训练数据来学习特征。
为了改进模型的表现，可能需要清洗数据、增加训练数据的数量、调整超参数或尝试使用不同的预训练模型或模型结构。
例如，可以使用以下代码来解释运行结果：
% 计算混淆矩阵
confusionchart(Testimgs.Labels,Ypred)
% 绘制混淆矩阵
plotconfusion(Testimgs.Labels,Ypred)
% 计算准确率
acc = accuracy(Testimgs.Labels,Ypred)
% 绘制 ROC 曲线
plotroc(Testimgs.Labels,Ypred)
这些函数可以帮助您更好地了解模型的表现，并确定可能需要什么来改进结果。 参考技术A

(a) 修改预训练模型的最后三层的步骤如下：

加载 VGG-19 网络：

net = vgg19();

使用 VGG-19 网络的前几层作为转移层：

layersTransfer = net.Layers(1:end-3);

计算类别数量：

numClasses = numel(categories(pictures.Labels));

定义新的完整连接层，并将其添加到转移层之后：

layers = [
layersTransfer
fullyConnectedLayer(numClasses,'WeightLearnRateFactor', 20, ...
'BiasLearnRateFactor', 20)
softmaxLayer
classificationLayer];

修改预训练模型的最后三层的原因是，预训练的模型是用来解决一般性问题的，而在这个例子中，我们希望模型能够识别花的种类。因此，我们需要修改最后三层，使它们能够将图像的特征与花的种类相关联。

(b) 运行结果是分类器对输入图像的预测类别。要改进结果，可以考虑以下几点：

增加训练数据的数量和多样性。

增加训练迭代次数。

调整超参数，如学习率和小批量大小。

使用数据增强来扩展训练数据。

尝试使用不同的模型结构。

(c) 关于模型的行为，可以做出如下假设：

模型可能会更倾向于将图像分类为其中的主要物体，例如如果图像中有花，模型可能会将其分类为花，而不是将其分类为背景或其他物体。

模型可能会受到图像质量的影响，例如图像分辨率低、噪声较多等。

模型可能会受到训练数据的影响，例如训练数据中缺乏某些类别或训练数据不够多样时。

模型可能会受到超参数的影响，例如学习率过高或过低、小批量大小过大或过小等。

这些假设的基础是模型的结构和训练过程。如果模型的结构不能很好地捕捉图像的特征，则可能会出现分类错误。如果训练数据不够丰富，则模型可能无法学习足够的信息来准确地分类图像。超参数也可能会对模型的行为产生影响，例如学习率过高可能会导致模型无法收敛，而过低则可能会使模型训练过慢。