Pytorch实现mnist手写数字识别

2020/6/29

Hey，突然想起来之前做的一个入门实验，用pytorch实现mnist手写数字识别。可以在这个基础上增加网络层数，或是尝试用不同的数据集，去实现不一样的功能。

Mnist数据集如图：

代码如下：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.utils.data as Data
import torchvision # 数据库模块
import matplotlib.pyplot as plt
torch.manual_seed(1) # reproducible
# Hyper Parameters
EPOCH = 1 # 训练整批数据多少次, 为了节约时间, 我们只训练一次
BATCH_SIZE = 50
LR = 0.001 # 学习率
DOWNLOAD_MNIST = True # 如果你已经下载好了mnist数据就写上 False
# Mnist 手写数字
train_data = torchvision.datasets.MNIST(
root='./mnist/', # 保存或者提取位置
train=True, # this is training data
transform=torchvision.transforms.ToTensor(), # 转换 PIL.Image or numpy.ndarray 成
# torch.FloatTensor (C x H x W), 训练的时候 normalize 成 [0.0, 1.0] 区间
download=DOWNLOAD_MNIST, # 没下载就下载, 下载了就不用再下了
)
test_data = torchvision.datasets.MNIST(root='./mnist/', train=False)
# 批训练 50samples, 1 channel, 28x28 (50, 1, 28, 28)
train_loader = Data.DataLoader(dataset=train_data, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True)
# 为了节约时间, 我们测试时只测试前2000个
test_x = torch.unsqueeze(test_data.test_data, dim=1).type(torch.FloatTensor)[:2000]/255. # shape from (2000, 28, 28) to (2000, 1, 28, 28), value in range(0,1)
test_y = test_data.test_labels[:2000]
class CNN(nn.Module):
def __init__(self):
super(CNN, self).__init__()
self.conv1 = nn.Sequential( # input shape (1, 28, 28)
nn.Conv2d(
in_channels=1, # input height
out_channels=16, # n_filters
kernel_size=5, # filter size
stride=1, # filter movement/step
padding=2, # 如果想要 con2d 出来的图片长宽没有变化, padding=(kernel_size-1)/2 当 stride=1
), # output shape (16, 28, 28)
nn.ReLU(), # activation
nn.MaxPool2d(kernel_size=2), # 在 2x2 空间里向下采样, output shape (16, 14, 14)
)
self.conv2 = nn.Sequential( # input shape (16, 14, 14)
nn.Conv2d(16, 32, 5, 1, 2), # output shape (32, 14, 14)
nn.ReLU(), # activation
nn.MaxPool2d(2), # output shape (32, 7, 7)
)
self.out = nn.Linear(32 * 7 * 7, 10) # fully connected layer, output 10 classes
def forward(self, x):
x = self.conv1(x)
x = self.conv2(x)
x = x.view(x.size(0), -1) # 展平多维的卷积图成 (batch_size, 32 * 7 * 7)
output = self.out(x)
return output
cnn = CNN()
print(cnn) # net architecture
"""
CNN (
(conv1): Sequential (
(0): Conv2d(1, 16, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1), padding=(2, 2))
(1): ReLU ()
(2): MaxPool2d (size=(2, 2), stride=(2, 2), dilation=(1, 1))
)
(conv2): Sequential (
(0): Conv2d(16, 32, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1), padding=(2, 2))
(1): ReLU ()
(2): MaxPool2d (size=(2, 2), stride=(2, 2), dilation=(1, 1))
)
(out): Linear (1568 -> 10)
)
"""
optimizer = torch.optim.Adam(cnn.parameters(), lr=LR) # optimize all cnn parameters
loss_func = nn.CrossEntropyLoss() # the target label is not one-hotted
# training and testing
for epoch in range(EPOCH):
for step, (b_x, b_y) in enumerate(train_loader): # 分配 batch data, normalize x when iterate train_loader
output = cnn(b_x) # cnn output
loss = loss_func(output, b_y) # cross entropy loss
optimizer.zero_grad() # clear gradients for this training step
loss.backward() # backpropagation, compute gradients
optimizer.step() # apply gradients
"""
...
Epoch: 0 | train loss: 0.0306 | test accuracy: 0.97
Epoch: 0 | train loss: 0.0147 | test accuracy: 0.98
Epoch: 0 | train loss: 0.0427 | test accuracy: 0.98
Epoch: 0 | train loss: 0.0078 | test accuracy: 0.98
"""
test_output = cnn(test_x[:10])
pred_y = torch.max(test_output, 1)[1].data.numpy().squeeze()
print(pred_y, 'prediction number')
print(test_y[:10].numpy(), 'real number')
"""
[7 2 1 0 4 1 4 9 5 9] prediction number
[7 2 1 0 4 1 4 9 5 9] real number
"""

这个项目还是很有意思，对于初学者可以先试着对32-60行进行修改，增加网络层数。看看最后效果如何。

九层之台，起于累土。那天看到一句话，一个人把自己的事情做好，已经很不容易了。现在回想起之前安安静静在实验室的日子感觉很遥远，这半年来总是有各种各样的烦心事儿，也少了很多可以静下心来安静学习的时间。也许这就是生活吧C'est La Vie。我们总是要迎接挑战的，虽然没法回学习但是在智星云组用的GPU也是一样的好用，环境都是配置好了的，用来做实验非常节省时间和精力。有同样需求的朋友可以参考：智星云官网： http://www.ai-galaxy.cn/，淘宝店：https://shop36573300.taobao.com/公众号: 智星AI，

最后再唠叨两句，明天就是6月的最后一天了，眼看着2020年就要过去一半了，岁月不居，时节如流。通过这次疫情也让我深刻的认识到管理好自己的时间是多么的重要。往者不可谏，来者犹可追。

PEACE

参考资料：

https://pytorch.org/docs/stable/index.html

https://morvanzhou.github.io/tutorials/machine-learning/torch/

http://www.planetb.ca/syntax-highlight-word

http://www.ai-galaxy.cn/

https://shop36573300.taobao.com/

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