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基于Pytorch框架的深度学习ShufflenetV2神经网络十七种猴子动物识别分类系统源码

news 2025/7/22 0:19:50

第一步：准备数据

17种猴子动物数据：

self.class_indict = ["白头卷尾猴", "弥猴", "山魈", "松鼠猴", "叶猴", "银色绒猴", "印度乌叶猴", "疣猴", "侏绒","白秃猴", "赤猴", "滇金丝猴", "狒狒", "黑色吼猴", "黑叶猴", "金丝猴", "懒猴"]，总共有1800张图片，每个文件夹单独放一种数据

第二步：搭建模型

本文选择一个ShufflenetV2网络，其原理介绍如下：

shufflenet v2是旷视提出的shufflenet的升级版本，并被ECCV2018收录。论文说在同等复杂度下，shufflenet v2比shufflenet和mobilenetv2更准确。shufflenet v2是基于四条准则对shufflenet v1进行改进而得到的，这四条准则如下：

（G1）同等通道大小最小化内存访问量对于轻量级CNN网络，常采用深度可分割卷积（depthwise separable convolutions），其中点卷积（ pointwise convolution）即1x1卷积复杂度最大。这里假定输入和输出特征的通道数分别为C1和C2，经证明仅当C1=C2时，内存使用量(MAC)取最小值，这个理论分析也通过实验得到证实。更详细的证明见参考【1】

（G2）过量使用组卷积会增加MAC 组卷积（group convolution）是常用的设计组件，因为它可以减少复杂度却不损失模型容量。但是这里发现，分组过多会增加MAC。更详细的证明见参考【1】

（G3）网络碎片化会降低并行度一些网络如Inception，以及Auto ML自动产生的网络NASNET-A，它们倾向于采用“多路”结构，即存在一个lock中很多不同的小卷积或者pooling，这很容易造成网络碎片化，减低模型的并行度，相应速度会慢，这也可以通过实验得到证明。

（G4）不能忽略元素级操作对于元素级（element-wise operators）比如ReLU和Add，虽然它们的FLOPs较小，但是却需要较大的MAC。这里实验发现如果将ResNet中残差单元中的ReLU和shortcut移除的话，速度有20%的提升。

根据前面的4条准则，作者分析了ShuffleNet v1设计的不足，并在此基础上改进得到了ShuffleNetv2，两者模块上的对比下图所示

第三步：训练代码

1）损失函数为：交叉熵损失函数

2）训练代码：

import os
import math
import argparseimport torch
import torch.optim as optim
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
from torchvision import transforms
import torch.optim.lr_scheduler as lr_schedulerfrom model import shufflenet_v2_x1_0
from my_dataset import MyDataSet
from utils import read_split_data, train_one_epoch, evaluatedef main(args):device = torch.device(args.device if torch.cuda.is_available() else "cpu")print(args)print('Start Tensorboard with "tensorboard --logdir=runs", view at http://localhost:6006/')tb_writer = SummaryWriter()if os.path.exists("./weights") is False:os.makedirs("./weights")train_images_path, train_images_label, val_images_path, val_images_label = read_split_data(args.data_path)data_transform = {"train": transforms.Compose([transforms.RandomResizedCrop(224),transforms.RandomHorizontalFlip(),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])]),"val": transforms.Compose([transforms.Resize(256),transforms.CenterCrop(224),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])])}# 实例化训练数据集train_dataset = MyDataSet(images_path=train_images_path,images_class=train_images_label,transform=data_transform["train"])# 实例化验证数据集val_dataset = MyDataSet(images_path=val_images_path,images_class=val_images_label,transform=data_transform["val"])batch_size = args.batch_sizenw = min([os.cpu_count(), batch_size if batch_size > 1 else 0, 8])  # number of workersprint('Using {} dataloader workers every process'.format(nw))train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset,batch_size=batch_size,shuffle=True,pin_memory=True,num_workers=nw,collate_fn=train_dataset.collate_fn)val_loader = torch.utils.data.DataLoader(val_dataset,batch_size=batch_size,shuffle=False,pin_memory=True,num_workers=nw,collate_fn=val_dataset.collate_fn)# 如果存在预训练权重则载入model = shufflenet_v2_x1_0(num_classes=args.num_classes).to(device)if args.weights != "":if os.path.exists(args.weights):weights_dict = torch.load(args.weights, map_location=device)load_weights_dict = {k: v for k, v in weights_dict.items()if model.state_dict()[k].numel() == v.numel()}print(model.load_state_dict(load_weights_dict, strict=False))else:raise FileNotFoundError("not found weights file: {}".format(args.weights))# 是否冻结权重if args.freeze_layers:for name, para in model.named_parameters():# 除最后的全连接层外，其他权重全部冻结if "fc" not in name:para.requires_grad_(False)pg = [p for p in model.parameters() if p.requires_grad]optimizer = optim.SGD(pg, lr=args.lr, momentum=0.9, weight_decay=4E-5)# Scheduler https://arxiv.org/pdf/1812.01187.pdflf = lambda x: ((1 + math.cos(x * math.pi / args.epochs)) / 2) * (1 - args.lrf) + args.lrf  # cosinescheduler = lr_scheduler.LambdaLR(optimizer, lr_lambda=lf)for epoch in range(args.epochs):# trainmean_loss = train_one_epoch(model=model,optimizer=optimizer,data_loader=train_loader,device=device,epoch=epoch)scheduler.step()# validateacc = evaluate(model=model,data_loader=val_loader,device=device)print("[epoch {}] accuracy: {}".format(epoch, round(acc, 3)))tags = ["loss", "accuracy", "learning_rate"]tb_writer.add_scalar(tags[0], mean_loss, epoch)tb_writer.add_scalar(tags[1], acc, epoch)tb_writer.add_scalar(tags[2], optimizer.param_groups[0]["lr"], epoch)torch.save(model.state_dict(), "./weights/model-{}.pth".format(epoch))if __name__ == '__main__':parser = argparse.ArgumentParser()parser.add_argument('--num_classes', type=int, default=17)parser.add_argument('--epochs', type=int, default=100)parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=4)parser.add_argument('--lr', type=float, default=0.01)parser.add_argument('--lrf', type=float, default=0.1)# 数据集所在根目录# https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgzparser.add_argument('--data-path', type=str,default=r"G:\demo\data\monkeys\training")# shufflenetv2_x1.0 官方权重下载地址# https://download.pytorch.org/models/shufflenetv2_x1-5666bf0f80.pthparser.add_argument('--weights', type=str, default='./shufflenetv2_x1-5666bf0f80.pth',help='initial weights path')parser.add_argument('--freeze-layers', type=bool, default=False)parser.add_argument('--device', default='cuda:0', help='device id (i.e. 0 or 0,1 or cpu)')opt = parser.parse_args()main(opt)

第四步：统计正确率