CIFAR100是计算机视觉领域广泛使用的图像分类数据集之一。本文将详细介绍如何使用PyTorch在CIFAR100数据集上实现图像分类,涵盖从简单到复杂的多种深度学习模型,并分析它们的性能表现。
CIFAR100数据集包含60,000张32x32的彩色图像,分为100个类别,每个类别600张图像。其中50,000张用于训练,10,000张用于测试。这个数据集的特点是:
这些特点使得CIFAR100成为一个具有挑战性的图像分类任务,非常适合用来评估和比较不同的深度学习模型。
要在CIFAR100上训练模型,我们需要以下环境:
可以使用以下命令安装所需的包:
pip install torch torchvision tensorboard
PyTorch提供了方便的API来加载CIFAR100数据集:
from torchvision import datasets, transforms # 定义数据预处理 transform_train = transforms.Compose([ transforms.RandomCrop(32, padding=4), transforms.RandomHorizontalFlip(), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)) ]) transform_test = transforms.Compose([ transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)) ]) # 加载数据集 trainset = datasets.CIFAR100(root='./data', train=True, download=True, transform=transform_train) testset = datasets.CIFAR100(root='./data', train=False, download=True, transform=transform_test) # 创建数据加载器 trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=128, shuffle=True, num_workers=2) testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=100, shuffle=False, num_workers=2)
这里我们对训练集应用了数据增强技术(随机裁剪和水平翻转),以提高模型的泛化能力。
接下来,我们将介绍几种不同复杂度的模型架构,从简单的逻辑回归到复杂的ResNet。
逻辑回归是最简单的分类模型,可以作为基线模型:
class LogisticRegression(nn.Module): def __init__(self): super(LogisticRegression, self).__init__() self.linear = nn.Linear(32*32*3, 100) def forward(self, x): x = x.view(x.size(0), -1) return self.linear(x)
一个基础的CNN模型:
class SimpleCNN(nn.Module): def __init__(self): super(SimpleCNN, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(3, 32, 3, padding=1) self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, padding=1) self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2) self.fc1 = nn.Linear(64 * 8 * 8, 512) self.fc2 = nn.Linear(512, 100) def forward(self, x): x = self.pool(F.relu(self.conv1(x))) x = self.pool(F.relu(self.conv2(x))) x = x.view(-1, 64 * 8 * 8) x = F.relu(self.fc1(x)) x = self.fc2(x) return x
ResNet是一种更深层的网络架构,通过残差连接解决了深度网络的梯度消失问题:
class ResidualBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, stride=1): super(ResidualBlock, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.conv2 = nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn2 = nn.BatchNorm2d(out_channels) self.shortcut = nn.Sequential() if stride != 1 or in_channels != out_channels: self.shortcut = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=1, stride=stride, bias=False), nn.BatchNorm2d(out_channels) ) def forward(self, x): out = F.relu(self.bn1(self.conv1(x))) out = self.bn2(self.conv2(out)) out += self.shortcut(x) out = F.relu(out) return out class ResNet18(nn.Module): def __init__(self, num_classes=100): super(ResNet18, self).__init__() self.in_channels = 64 self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False) self.bn1 = nn.BatchNorm2d(64) self.layer1 = self._make_layer(ResidualBlock, 64, 2, stride=1) self.layer2 = self._make_layer(ResidualBlock, 128, 2, stride=2) self.layer3 = self._make_layer(ResidualBlock, 256, 2, stride=2) self.layer4 = self._make_layer(ResidualBlock, 512, 2, stride=2) self.fc = nn.Linear(512, num_classes) def _make_layer(self, block, out_channels, num_blocks, stride): strides = [stride] + [1] * (num_blocks - 1) layers = [] for stride in strides: layers.append(block(self.in_channels, out_channels, stride)) self.in_channels = out_channels return nn.Sequential(*layers) def forward(self, x): out = F.relu(self.bn1(self.conv1(x))) out = self.layer1(out) out = self.layer2(out) out = self.layer3(out) out = self.layer4(out) out = F.avg_pool2d(out, 4) out = out.view(out.size(0), -1) out = self.fc(out) return out
以下是一个通用的训练函数,可以用于训练上述所有模型:
def train(model, trainloader, criterion, optimizer, device): model.train() running_loss = 0.0 correct = 0 total = 0 for batch_idx, (inputs, targets) in enumerate(trainloader): inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) total += targets.size(0) correct += predicted.eq(targets).sum().item() accuracy = 100. * correct / total return running_loss / len(trainloader), accuracy def test(model, testloader, criterion, device): model.eval() test_loss = 0 correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for batch_idx, (inputs, targets) in enumerate(testloader): inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) test_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) total += targets.size(0) correct += predicted.eq(targets).sum().item() accuracy = 100. * correct / total return test_loss / len(testloader), accuracy
我们对上述三种模型进行了训练和测试,以下是它们在CIFAR100测试集上的表现:
模型 | 参数量 | Top-1 错误率 | Top-5 错误率 |
---|---|---|---|
逻辑回归 | 0.3M | 82.03% | 60.56% |
简单CNN | 1.2M | 45.61% | 20.37% |
ResNet18 | 11.2M | 24.39% | 6.95% |
从结果可以看出:
要进一步提高模型在CIFAR100上的性能,可以尝试以下方法:
本文介绍了如何使用PyTorch在CIFAR100数据集上实现图像分类,从简单的逻辑回归到复杂的ResNet18。我们可以看到,深度学习模型在这个具有挑战性的数据集上表现出色,特别是ResNet等深层网络架构。然而,仍有很大的改进空间,通过采用更先进的技术和模型,我们有望进一步提高分类性能。
CIFAR100作为一个中等规模的数据集,为我们提供了一个很好的平台来研究和比较不同的深度学习模型。通过在这个数据集上的实践,我们可以深入理解各种模型架构的优缺点,为解决更复杂的计算机视觉任务打下坚实的基础。
通过本文的学习和实践,读者应该能够掌握使用PyTorch在CIFAR100数据集上训练和评估不同复杂度的图像分类模型的方法。希望这些内容能为您在计算机视觉领域的研究和应用提供有价值的参考。
一键生成PPT和Word,让学习生活更轻松
讯飞智文是一个利用 AI 技术的项目,能够帮助用户生成 PPT 以及各类文档。无论是商业领域的市场分析报告、年度目标制定,还是学生群体的职业生涯规划、实习避坑指南,亦或是活动策划、旅游攻略等内容,它都能提供支持,帮助用户精准表达,轻松呈现各种信息。
深度推理能力全新升级,全面对标OpenAI o1
科大讯飞的星火大模型,支持语言理解、知识问答和文本创作等多功能,适用于多种文件和业务场景,提升办公和日常生活的效率。讯飞星火是一个提供丰富智能服务的平台,涵盖科技资讯、图像创作、写作辅助、编程解答、科研文献解读等功能,能为不同需求的用户提供便捷高效的帮助,助力用户轻松获取信息、解决问题,满足多样化使用场景。
一种基于大语言模型的高效单流解耦语音令牌文本到语音合成模型
Spark-TTS 是一个基于 PyTorch 的开源文本到语音合成项目,由多个知名机构联合参与。该项目提供了高效的 LLM(大语言模型)驱动的语音合成方案,支持语音克隆和语音创建功能,可通过命令行界面(CLI)和 Web UI 两种方式使用。用户可以根据需求调整语音的性别、音高、速度等参数,生成高质量的语音。该项目适用于多种场景,如有声读物制作、智能语音助手开发等。
字节跳动发布的AI编程神器IDE
Trae是一种自适应的集成开发环境(IDE),通过自动化和多元协作改变开发流程。利用Trae,团队能够更快速、精确地编写和部署代码,从而提高编程效率和项目交付速度。Trae具备上下文感知和代码自动完成功能,是提升开发效率的理想工具。
AI助力,做PPT更简单!
咔片是一款轻量化在线演示设计工具,借助 AI 技术,实现从内容生成到智能设计的一站式 PPT 制作服务。支持多种文档格 式导入生成 PPT,提供海量模板、智能美化、素材替换等功能,适用于销售、教师、学生等各类人群,能高效制作出高品质 PPT,满足不同场景演示需求。
选题、配图、成文,一站式创作,让内容运营更高效
讯飞绘文,一个AI集成平台,支持写作、选题、配图、排版和发布。高效生成适用于各类媒体的定制内容,加速品牌传播,提升内容营销效果。
专业的AI公文写作平台,公文写作神器
AI 材料星,专业的 AI 公文写作辅助平台,为体制内工作人员提供高效的公文写作解决方案。拥有海量公文文库、9 大核心 AI 功能,支持 30 + 文稿类型生成,助力快速完成领导讲话、工作总结、述职报告等材料,提升办公效率,是体制打工人的得力写作神器。
OpenAI Agents SDK,助力开发者便捷使用 OpenAI 相关功能。
openai-agents-python 是 OpenAI 推出的一款强大 Python SDK,它为开发者提供了与 OpenAI 模型交互的高效工具,支持工具调用、结果处理、追踪等功能,涵盖多种应用场景,如研究助手、财务研究等,能显著提升开发效率,让开发者更轻松地利用 OpenAI 的技术优势。
高分辨率纹理 3D 资产生成
Hunyuan3D-2 是腾讯开发的用于 3D 资产生成的强大工具,支持从文本描述、单张图片或多视角图片生成 3D 模型,具备快速形状生成能力,可生成带纹理的高质量 3D 模型,适用于多个领域,为 3D 创作提供了高效解决方案。
一个具备存储、管理和客户端操作等多种功能的分布式文件系统相关项目。
3FS 是一个功能强大的分布式文件系统项目,涵盖了存储引擎、元数据管理、客户端工具等多个模块。它支持多种文件操作,如创建文件和目录、设置布局等,同时具备高效的事件循环、节点选择和协程池管理等特性。适用于需要大规模数据存储和管理的场景,能够提高系统的性能和可靠性,是分布式存储领域的优质解决方案。
最新AI工具、AI资讯
独家AI资源、AI项目落地
微信扫一扫关注公众号