• 动手学深度学习(Pytorch版)代码实践 -卷积神经网络-29残差网络ResNet


    29残差网络ResNet

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    import torch  
    from torch import nn  
    from torch.nn import functional as F 
    import liliPytorch as lp  
    import matplotlib.pyplot as plt
    
    # 定义一个继承自nn.Module的残差块类
    class Residual(nn.Module):
        def __init__(self, input_channels, num_channels, use_1x1conv=False, strides=1):
            super().__init__()
            # 第一个卷积层,使用3x3的卷积核,填充为1,步幅为指定值
            self.conv1 = nn.Conv2d(input_channels, num_channels, kernel_size=3, padding=1, stride=strides)
            # 第二个卷积层,使用3x3的卷积核,填充为1
            self.conv2 = nn.Conv2d(num_channels, num_channels, kernel_size=3, padding=1)
            
            # 可选的1x1卷积层,用于匹配输入输出通道数和步幅
            if use_1x1conv:
                self.conv3 = nn.Conv2d(input_channels, num_channels, kernel_size=1, stride=strides)
            else:
                self.conv3 = None
            
            # 批量归一化层
            self.bn1 = nn.BatchNorm2d(num_channels)
            self.bn2 = nn.BatchNorm2d(num_channels)
            # 为什么需要两个不同的批量归一化层?
            # 1.不同的位置,不同的输入特征
            # 2.独立的参数和统计数据
        
        def forward(self, X):
            # 先通过第一个卷积层、批量归一化层和ReLU激活函数
            Y = F.relu(self.bn1(self.conv1(X)))
            # 然后通过第二个卷积层和批量归一化层
            Y = self.bn2(self.conv2(Y))
            # 如果定义了conv3,则通过conv3调整X
            if self.conv3:
                X = self.conv3(X)
            # 将输入X加到输出Y上实现残差连接
            Y += X
            # 通过ReLU激活函数
            return F.relu(Y)
    
    # 创建一个包含输入和输出形状一致的残差块实例,并测试其输出形状
    # blk = Residual(3, 3)
    # X = torch.rand(4, 3, 6, 6)
    # Y = blk(X)
    # print(Y.shape)  # 预期输出形状:torch.Size([4, 3, 6, 6])
    
    # 创建一个包含1x1卷积和步幅为2的残差块实例,并测试其输出形状
    # blk = Residual(3, 6, use_1x1conv=True, strides=2)
    # print(blk(X).shape)  # 预期输出形状:torch.Size([4, 6, 3, 3])
    
    # 定义一个包含初始卷积层、批量归一化层、ReLU激活函数和最大池化层的顺序容器
    b1 = nn.Sequential(
        nn.Conv2d(1, 64, kernel_size=7, stride=2, padding=3),
        nn.BatchNorm2d(64),
        nn.ReLU(),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1)
    )
    
    # 定义一个函数,用于创建由多个残差块组成的模块
    def resnet_block(input_channels, num_channels, num_residuals, first_block=False):
        blk = []
        for i in range(num_residuals):
            # 如果是第一个残差块且不是第一个模块,则使用1x1卷积和步幅为2
            if i == 0 and not first_block:
                blk.append(Residual(input_channels, num_channels, use_1x1conv=True, strides=2))
            else:
                blk.append(Residual(num_channels, num_channels))
        return blk
    
    # 创建由残差块组成的各个模块
    # *符号有多种用途,但在函数调用时,*符号主要用于将列表或元组解包。
    # *resnet_block()的作用是将列表中的元素逐个传递给nn.Sequential
    b2 = nn.Sequential(*resnet_block(64, 64, 2, first_block=True))
    b3 = nn.Sequential(*resnet_block(64, 128, 2))
    b4 = nn.Sequential(*resnet_block(128, 256, 2))
    b5 = nn.Sequential(*resnet_block(256, 512, 2))
    
    # 创建整个ResNet模型
    net = nn.Sequential(
        b1, 
        b2, 
        b3, 
        b4, 
        b5,
        nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)),  # 自适应平均池化层
        nn.Flatten(),  # 展平层
        nn.Linear(512, 176)  # 全连接层,输出10类
    )
    
    # 测试整个网络的输出形状
    X = torch.rand(size=(1, 1, 96, 96))
    for layer in net:
        X = layer(X)
        print(layer.__class__.__name__, 'output shape:\t', X.shape)
    # Sequential output shape:         torch.Size([1, 64, 24, 24])
    # Sequential output shape:         torch.Size([1, 64, 24, 24])
    # Sequential output shape:         torch.Size([1, 128, 12, 12])
    # Sequential output shape:         torch.Size([1, 256, 6, 6])
    # Sequential output shape:         torch.Size([1, 512, 3, 3])
    # AdaptiveAvgPool2d output shape:  torch.Size([1, 512, 1, 1])
    # Flatten output shape:    torch.Size([1, 512])
    # Linear output shape:     torch.Size([1, 10])
    
    # 设置训练参数
    lr, num_epochs, batch_size = 0.05, 10, 256
    # 加载训练和测试数据
    train_iter, test_iter = lp.loda_data_fashion_mnist(batch_size, resize=96)
    # 训练模型
    lp.train_ch6(net, train_iter, test_iter, num_epochs, lr, lp.try_gpu())
    # 显示训练结果
    plt.show()
    
    # loss 0.009, train acc 0.998, test acc 0.920
    # 2306.3 examples/sec on cuda:0
    

    运行结果:
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    解决办法:Linux mysql命令 -bash mysql command not found 找不到命令
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