Pytorch框架学习---（2）输入数据操作

本节讲述Data如何利用Pytorch提供的DataLoader进行读取，以及Transforms的图片处理方式。 【文中思维导图采用MindMaster软件】

注意：笼统总结Transforms，目前仅具体介绍裁剪、翻转、标准化，后续随着代码需要，再逐步更新。

目录

一. 数据读取（DataLoader和Dataset）

1.DataLoader

  我们采用Pytorch提供的DataLoader进行数据Batch封装，其中需要定义dataset类。

  自定义的dataset类需要复写def getitem(self, index):函数！！！

train_loader = DataLoader(dataset=train_dataset,
                          batch_size=Batch_Size,
                          shuffle=True,
                          num_workers=4,  # num_worker = 4 * GPU个数   为了数据进来更快一些
                          pin_memory=True,  # 也是为了数据输入更快，但是会对增加显存负担 ！！！
                          drop_last=True)  # droplast：最后一个批次不满足设定数目Batch_Size，则舍弃

for epoch in range(Max_Epoch):
    for i, (inputs, labels) in enumerate(train_loader):  # 每次调用一个batch，后台索引
# 也可以采用next(iter(train_loader)), 读取一个批次

  在网络运行时，我们采用enumerate函数，进行迭代，这里会：

  • 进入DataLoader数据装载器；

  • 判断参数，是否采用多进程处理；

  • 调用Sampler函数，根据输入数据个数（由Dataset类中def len（）函数得到），随机获取index索引值；

  • 进入我们定义的Dataset类，调用def getitem（），根据index获取数据，返回；

  • 调用collate_fn（）函数整理数据，最终得到Batch。

2.代码（如何将电脑中的数据送入网络？）

  注意：这里数据集已经分类好，文件夹已经各自建立，不包含划分数据的函数！！

import torch
from torch.utils.data import Dataset
import os
from PIL import Image
import numpy as np
import torchvision.transforms as transforms

category = {"0": 0, "1": 1, "1_enhanced": 2, "1_enhanced_2": 3, "0_enhanced_1":4}  # 定义标签，"文件夹名"：标签

class my_dataset(Dataset):
    '''根据自己的数据，进行读取，Dataset类创建Pytorch数据集类型'''
    '''
    Args:
        data_dir: 数据地址(训练集、验证集、测试集)
        transform: torchvision.transforms(各种变换、以及Totensor)      
    Return:
        read_data  根据dataloader的索引获取数据
        len(self.data_info)  数据个数
    '''

    def __init__(self, data_dir, transform=None):
        self.transforms = transform
        self.data_info = self.get_dataset_info(data_dir)  # 获取所有数据路径和对应的标签，方便dataloader 用index批量处理

    def __getitem__(self, index):  # 当dataloader sampler得到index，根据该index索引dataset中数据
        path_data, label = self.data_info[index]
        read_data = Image.open(path_data).convert("RGB")  # PIL-->RGB(0-256)

        if self.transforms is not None:
            read_data = self.transforms(read_data)

        return read_data, label

    def __len__(self):
        return len(self.data_info)

    @staticmethod  # 定义该函数为静态类型，不用实例化类也可调用
    def get_dataset_info(data_dir):
        data_info = list()  # 最终包含所有图片、标签(每一行)
        for root, dirs, files in os.walk(data_dir):  # 获取当前文件夹的父目录、当前文件夹下所有文件名、所有内部文件
            for sub_dir in dirs:  # 遍历所有类别
                each_cate = os.listdir(os.path.join(root, sub_dir))  # os.listdir() 方法用于返回指定的文件夹包含的文件或文件夹的名字的列表。

                for i in range(len(each_cate)):  # 遍历每一个类别下的图片数据，将标签一同嵌入
                    each_data_name = each_cate[i]
                    each_data_path = os.path.join(root, sub_dir, each_data_name)
                    each_label = category[sub_dir]

                    data_info.append((each_data_path, int(each_label)))

        return data_info

二.数据预处理（torchvision.transforms）

1.torchvision

2.transforms.Compose([......])组合

  计算机将按照Compose中定义的transforms操作，依次进行数据处理。

train_transforms = transforms.Compose([
    transforms.Resize((75, 75)),
    transforms.ToTensor(),  # (H x W x C) [0, 255] to a torch.FloatTensor (C x H x W) [0.0, 1.0]
    transforms.Normalize(mean=norm_mean,std=norm_std)  # 逐通道归一化，注意通道数
])

3.各种transforms处理方式

  本节目前仅介绍：标准化Normalize、图像裁剪Crop、旋转翻转。

（1）数据标准化

transforms.Normalize(mean, std, inplace=False)  #逐通道对图像进行标准化，mean:(M1,...,Mn) and std: (S1,..,Sn) for n channels
# input[channel] = (input[channel] - mean[channel]) / std[channel]

（2）裁剪

a）从中心进行裁剪

transforms.CenterCrop(size=32)  # 由图像中心进行裁剪，size=32*32

b）随机裁剪

transforms.RandomCrop(size, padding=None, pad_if_needed=False, fill=0, padding_mode='constant')
# 先填充再随机裁剪
# padding：设置填充大小，数值a --> 上下左右填充a个像素，（a,b）--> 左右a上下b， (a,b,c,d) --> 左a上b右c下d
# padding_mode:填充模式：
      # constant：像素值由fill参数设定；
      # edge：由图像边缘像素决定；
      # reflect：镜像填充，最后一个像素不镜像；
      # symmetric：镜像填充，最后一个像素镜像。

c）随机面积、随机长宽比裁剪图片

transforms.RandomResizedCrop(size, scale=(0.08, 1.0), ratio=(3. / 4., 4. / 3.), interpolation=Image.BILINEAR)
# 先选择scale，再ratio，再判断size，是否需要interpolation进行resized
# scale=(0.08, 1.0)：随机裁剪面积比例，范围内随机选
# ratio=(3. / 4., 4. / 3.)：随机长宽比
# interpolation：插值方法

d）上下左右中心随机裁剪5张图片

transforms.FiveCrop(size)  # 从上下左右中心各裁剪出五张图片
transforms.TenCrop(size, vertical_flip=False)  # 先进行FiveCrop（），再对五张图片进行水平/垂直镜像，获得10张图片

  注意：这里返回的是tuple（）类型，需要按行拼接起来，送入下游transforms处理。

>>> transform = Compose([
         >>>    TenCrop(size), # this is a list of PIL Images
         >>>    Lambda(lambda crops: torch.stack([ToTensor()(crop) for crop in crops])) # returns a 4D tensor
         >>> ])
         >>> #In your test loop you can do the following:
         >>> input, target = batch # input is a 5d tensor, target is 2d
         >>> bs, ncrops, c, h, w = input.size()
         >>> result = model(input.view(-1, c, h, w)) # fuse batch size and ncrops
         >>> result_avg = result.view(bs, ncrops, -1).mean(1) # avg over crops

  有问题：当采用数据增强时，一方面采用TenCrop形式，另一方面采用其他数据变换，一同送入Dataloader时会产生错误，因为维度不一致，其他数据变换在dataset中为三维（channel，H，W），而TenCrop却是四维（ncrops，channel，H，W），于是当迭代获取Batch时会由于维度不匹配程序报错。
  解决方法：【等后续找到再来写，手动狗头微笑】

（3）翻转、旋转

transforms.RandomHorizontalFlip(p=0.5)  # 依概率进行水平（左右）翻转
transforms.RandomVerticalFlip(p=0.5)  # 依概率进行垂直（上下）翻转
transforms.RandomRotation(degrees, resample=False, expand=False, center=None)  # 随机旋转图片
      # degrees：旋转角度，若为a，则在（-a，a）之间二选一，若为（a, b），则二选一
      # expand：是否扩大图片（因为旋转过后可能会丢失图片某一块），仅针对中心点旋转
      # center：旋转点设置，默认中心点

（4）对各种变换的组合--》选择操作（如RandomChoice）

transforms.RandomChoice([transforms1, transforms2, ......])  # 随机挑选一个
transforms.RandomApply([transforms1, transforms2, ......], p=0.5)  # 依概率执行整个一组（要么执行，要么不执行）
transforms.RandomOrder([transforms1, transforms2, ......])  # 对一组操作进行打乱顺序，再去执行这一组

4.自定义Transforms方法

class YourTransforms(object):
    def __init__(self,Arg1,Arg2):
        '''传参数'''
    def __call__(self, x):
        '''定义该Transforms方法'''
        return x
posted @ 2020-06-17 21:52  steven_zhao1001  阅读(2063)  评论(2)  编辑  收藏  举报