tensorflow训练自己的数据集实现CNN图像分类

Posted 2020-09-29 康小武

利用卷积神经网络训练图像数据分为以下几个步骤

1. 读取图片文件
2. 产生用于训练的批次
3. 定义训练的模型（包括初始化参数，卷积、池化层等参数、网络）
4. 训练

1 读取图片文件

 1 def get_files(filename):
 2     class_train = []
 3     label_train = []
 4     for train_class in os.listdir(filename):
 5         for pic in os.listdir(filename+train_class):
 6             class_train.append(filename+train_class+‘/‘+pic)
 7             label_train.append(train_class)
 8     temp = np.array([class_train,label_train])
 9     temp = temp.transpose()
10     #shuffle the samples
11     np.random.shuffle(temp)
12     #after transpose, images is in dimension 0 and label in dimension 1
13     image_list = list(temp[:,0])
14     label_list = list(temp[:,1])
15     label_list = [int(i) for i in label_list]
16     #print(label_list)
17     return image_list,label_list

　　这里文件名作为标签，即类别（其数据类型要确定，后面要转为tensor类型数据）。

　　然后将image和label转为list格式数据，因为后边用到的的一些tensorflow函数接收的是list格式数据。

2 产生用于训练的批次

 1 def get_batches(image,label,resize_w,resize_h,batch_size,capacity):
 2     #convert the list of images and labels to tensor
 3     image = tf.cast(image,tf.string)
 4     label = tf.cast(label,tf.int64)
 5     queue = tf.train.slice_input_producer([image,label])
 6     label = queue[1]
 7     image_c = tf.read_file(queue[0])
 8     image = tf.image.decode_jpeg(image_c,channels = 3)
 9     #resize
10     image = tf.image.resize_image_with_crop_or_pad(image,resize_w,resize_h)
11     #(x - mean) / adjusted_stddev
12     image = tf.image.per_image_standardization(image)
13     
14     image_batch,label_batch = tf.train.batch([image,label],
15                                              batch_size = batch_size,
16                                              num_threads = 64,
17                                              capacity = capacity)
18     images_batch = tf.cast(image_batch,tf.float32)
19     labels_batch = tf.reshape(label_batch,[batch_size])
20     return images_batch,labels_batch

　　首先使用tf.cast转化为tensorflow数据格式，使用tf.train.slice_input_producer实现一个输入的队列。

　　label不需要处理，image存储的是路径，需要读取为图片，接下来的几步就是读取路径转为图片，用于训练。

　　CNN对图像大小是敏感的，第10行图片resize处理为大小一致，12行将其标准化，即减去所有图片的均值，方便训练。

　　接下来使用tf.train.batch函数产生训练的批次。

　　最后将产生的批次做数据类型的转换和shape的处理即可产生用于训练的批次。

3 定义训练的模型

（1）训练参数的定义及初始化

 

 1 def init_weights(shape):
 2     return tf.Variable(tf.random_normal(shape,stddev = 0.01))
 3 #init weights
 4 weights = {
 5     "w1":init_weights([3,3,3,16]),
 6     "w2":init_weights([3,3,16,128]),
 7     "w3":init_weights([3,3,128,256]),
 8     "w4":init_weights([4096,4096]),
 9     "wo":init_weights([4096,2])
10     }
11 
12 #init biases
13 biases = {
14     "b1":init_weights([16]),
15     "b2":init_weights([128]),
16     "b3":init_weights([256]),
17     "b4":init_weights([4096]),
18     "bo":init_weights([2])
19     }

 

　　CNN的每层是y=wx+b的决策模型，卷积层产生特征向量，根据这些特征向量带入x进行计算，因此，需要定义卷积层的初始化参数，包括权重和偏置。其中第8行的参数形状后边再解释。

 （2）定义不同层的操作

 1 def conv2d(x,w,b):
 2     x = tf.nn.conv2d(x,w,strides = [1,1,1,1],padding = "SAME")
 3     x = tf.nn.bias_add(x,b)
 4     return tf.nn.relu(x)
 5 
 6 def pooling(x):
 7     return tf.nn.max_pool(x,ksize = [1,2,2,1],strides = [1,2,2,1],padding = "SAME")
 8 
 9 def norm(x,lsize = 4):
10     return tf.nn.lrn(x,depth_radius = lsize,bias = 1,alpha = 0.001/9.0,beta = 0.75)

　　这里只定义了三种层，即卷积层、池化层和正则化层

 （3）定义训练模型

 1 def mmodel(images):
 2     l1 = conv2d(images,weights["w1"],biases["b1"])
 3     l2 = pooling(l1)
 4     l2 = norm(l2)
 5     l3 = conv2d(l2,weights["w2"],biases["b2"])
 6     l4 = pooling(l3)
 7     l4 = norm(l4)
 8     l5 = conv2d(l4,weights["w3"],biases["b3"])
 9     #same as the batch size
10     l6 = pooling(l5)
11     l6 = tf.reshape(l6,[-1,weights["w4"].get_shape().as_list()[0]])
12     l7 = tf.nn.relu(tf.matmul(l6,weights["w4"])+biases["b4"])
13     soft_max = tf.add(tf.matmul(l7,weights["wo"]),biases["bo"])
14     return soft_max

　　模型比较简单，使用三层卷积，第11行使用全连接，需要对特征向量进行reshape，其中l6的形状为[-1，w4的第1维的参数]，因此，将其按照“w4”reshape的时候，要使得-1位置的大小为batch_size，这样，最终再乘以“wo”时，最终的输出大小为[batch_size,class_num]

（4）定义评估量

1 def loss(logits,label_batches):
2     cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(logits=logits,labels=label_batches)
3     cost = tf.reduce_mean(cross_entropy)
4     return cost

　　首先定义损失函数，这是用于训练最小化损失的必需量

1 def get_accuracy(logits,labels):
2     acc = tf.nn.in_top_k(logits,labels,1)
3     acc = tf.cast(acc,tf.float32)
4     acc = tf.reduce_mean(acc)
5     return acc

　　评价分类准确率的量，训练时，需要loss值减小，准确率增加，这样的训练才是收敛的。

（5）定义训练方式

1 def training(loss,lr):
2     train_op = tf.train.RMSPropOptimizer(lr,0.9).minimize(loss)
3     return train_op

　　有很多种训练方式，可以自行去官网查看，但是不同的训练方式可能对应前面的参数定义不一样，需要另行处理，否则可能报错。

 4 训练

 1 def run_training():
 2     data_dir = ‘C:/Users/wk/Desktop/bky/dataSet/‘
 3     image,label = inputData.get_files(data_dir)
 4     image_batches,label_batches = inputData.get_batches(image,label,32,32,16,20)
 5     p = model.mmodel(image_batches)
 6     cost = model.loss(p,label_batches)
 7     train_op = model.training(cost,0.001)
 8     acc = model.get_accuracy(p,label_batches)
 9     
10     sess = tf.Session()
11     init = tf.global_variables_initializer()
12     sess.run(init)
13     
14     coord = tf.train.Coordinator()
15     threads = tf.train.start_queue_runners(sess = sess,coord = coord)
16     
17     try:
18        for step in np.arange(1000):
19            print(step)
20            if coord.should_stop():
21                break
22            _,train_acc,train_loss = sess.run([train_op,acc,cost])
23            print("loss:{} accuracy:{}".format(train_loss,train_acc))
24     except tf.errors.OutOfRangeError:
25         print("Done!!!")
26     finally:
27         coord.request_stop()
28     coord.join(threads)
29     sess.close()