Task05:卷积神经网络基础+LeNet

Shirley ·
更新时间:2024-11-11
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卷积神经网络 感受野

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LeNet架构

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卷积层


互相关运算与卷积运算
卷积层得名于卷积运算,但卷积层中用到的并非卷积运算而是互相关运算。我们将核数组上下翻转、左右翻转,再与输入数组做互相关运算,这一过程就是卷积运算。由于卷积层的核数组是可学习的,所以使用互相关运算与使用卷积运算并无本质区别。

填充

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步幅

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多输入通道和多输出通道

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卷积层的简洁实现

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X = torch.rand(4, 2, 3, 5) print(X.shape) conv2d = nn.Conv2d(in_channels=2, out_channels=3, kernel_size=(3, 5), stride=1, padding=(1, 2)) Y = conv2d(X) print('Y.shape: ', Y.shape) print('weight.shape: ', conv2d.weight.shape) print('bias.shape: ', conv2d.bias.shape) 池化层

在区域里进行降采样
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X = torch.arange(32, dtype=torch.float32).view(1, 2, 4, 4) pool2d = nn.MaxPool2d(kernel_size=3, padding=1, stride=(2, 1)) Y = pool2d(X) # 平均池化层使用的是nn.AvgPool2d,使用方法与nn.MaxPool2d相同。

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#下面我们通过Sequential类来实现LeNet模型。 import sys sys.path.append("/home/kesci/input") import d2lzh1981 as d2l import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import time #net class Flatten(torch.nn.Module): #展平操作 def forward(self, x): return x.view(x.shape[0], -1) class Reshape(torch.nn.Module): #将图像大小重定型 def forward(self, x): return x.view(-1,1,28,28) #(B x C x H x W) net = torch.nn.Sequential( #Lelet Reshape(), nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=6, kernel_size=5, padding=2), #b*1*28*28 =>b*6*28*28 nn.Sigmoid(), nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2), #b*6*28*28 =>b*6*14*14 nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=16, kernel_size=5), #b*6*14*14 =>b*16*10*10 nn.Sigmoid(), nn.AvgPool2d(kernel_size=2, stride=2), #b*16*10*10 => b*16*5*5 Flatten(), #b*16*5*5 => b*400 nn.Linear(in_features=16*5*5, out_features=120), nn.Sigmoid(), nn.Linear(120, 84), nn.Sigmoid(), nn.Linear(84, 10) ) #接下来我们构造一个高和宽均为28的单通道数据样本,并逐层进行前向计算来查看每个层的输出形状。 X = torch.randn(size=(1,1,28,28), dtype = torch.float32) for layer in net: X = layer(X) print(layer.__class__.__name__,'output shape: \t',X.shape)

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可以看到,在卷积层块中输入的高和宽在逐层减小。卷积层由于使用高和宽均为5的卷积核,从而将高和宽分别减小4,而池化层则将高和宽减半,但通道数则从1增加到16。全连接层则逐层减少输出个数,直到变成图像的类别数10。

#训练函数 def train_ch5(net, train_iter, test_iter,criterion, num_epochs, batch_size, device,lr=None): """Train and evaluate a model with CPU or GPU.""" print('training on', device) net.to(device) optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=lr) for epoch in range(num_epochs): train_l_sum = torch.tensor([0.0],dtype=torch.float32,device=device) train_acc_sum = torch.tensor([0.0],dtype=torch.float32,device=device) n, start = 0, time.time() for X, y in train_iter: net.train() optimizer.zero_grad() X,y = X.to(device),y.to(device) y_hat = net(X) loss = criterion(y_hat, y) loss.backward() optimizer.step() with torch.no_grad(): y = y.long() train_l_sum += loss.float() train_acc_sum += (torch.sum((torch.argmax(y_hat, dim=1) == y))).float() n += y.shape[0] test_acc = evaluate_accuracy(test_iter, net,device) print('epoch %d, loss %.4f, train acc %.3f, test acc %.3f, ' 'time %.1f sec' % (epoch + 1, train_l_sum/n, train_acc_sum/n, test_acc, time.time() - start))
作者:like alone



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