重点在第二部分的构建数据通道和第三部分的加载数据集

Pytorch通常使用Dataset和DataLoader这两个工具类来构建数据管道。

Dataset定义了数据集的内容，它相当于一个类似列表的数据结构，具有确定的长度，能够用索引获取数据集中的元素。

而DataLoader定义了按batch加载数据集的方法，它是一个实现了__iter__方法的可迭代对象，每次迭代输出一个batch的数据。

DataLoader能够控制batch的大小，batch中元素的采样方法，以及将batch结果整理成模型所需输入形式的方法，并且能够使用多进程读取数据。

在绝大部分情况下，用户只需实现Dataset的__len__方法和__getitem__方法，就可以轻松构建自己的数据集，并用默认数据管道进行加载。

一，Dataset和DataLoader概述

1，获取一个batch数据的步骤

让我们考虑一下从一个数据集中获取一个batch的数据需要哪些步骤。

(假定数据集的特征和标签分别表示为张量X和Y，数据集可以表示为(X,Y), 假定batch大小为m)

1，首先我们要确定数据集的长度n。

结果类似：n = 1000。

2，然后我们从0到n-1的范围中抽样出m个数(batch大小)。

假定m=4, 拿到的结果是一个列表，类似：indices = [1,4,8,9]

3，接着我们从数据集中去取这m个数对应下标的元素。

拿到的结果是一个元组列表，类似：samples = [(X[1],Y[1]),(X[4],Y[4]),(X[8],Y[8]),(X[9],Y[9])]

4，最后我们将结果整理成两个张量作为输出。

拿到的结果是两个张量，类似batch = (features,labels)，

其中 features = torch.stack([X[1],X[4],X[8],X[9]])

labels = torch.stack([Y[1],Y[4],Y[8],Y[9]])

2，Dataset和DataLoader的功能分工

上述第1个步骤确定数据集的长度是由 Dataset的__len__ 方法实现的。

第2个步骤从0到n-1的范围中抽样出m个数的方法是由 DataLoader的 sampler和 batch_sampler参数指定的。

sampler参数指定单个元素抽样方法，一般无需用户设置，程序默认在DataLoader的参数shuffle=True时采用随机抽样，shuffle=False时采用顺序抽样。

batch_sampler参数将多个抽样的元素整理成一个列表，一般无需用户设置，默认方法在DataLoader的参数drop_last=True时会丢弃数据集最后一个长度不能被batch大小整除的批次，在drop_last=False时保留最后一个批次。

第3个步骤的核心逻辑根据下标取数据集中的元素是由 Dataset的 __getitem__方法实现的。

第4个步骤的逻辑由DataLoader的参数collate_fn指定。一般情况下也无需用户设置。

3，Dataset和DataLoader的主要接口

伪代码，实际应用意义不大

import torch
class Dataset(object):def __init__(self):passdef __len__(self):raise NotImplementedErrordef __getitem__(self,index):raise NotImplementedErrorclass DataLoader(object):def __init__(self,dataset,batch_size,collate_fn,shuffle = True,drop_last = False):self.dataset = datasetself.sampler =torch.utils.data.RandomSampler if shuffle else \torch.utils.data.SequentialSamplerself.batch_sampler = torch.utils.data.BatchSamplerself.sample_iter = self.batch_sampler(self.sampler(range(len(dataset))),batch_size = batch_size,drop_last = drop_last)def __next__(self):indices = next(self.sample_iter)batch = self.collate_fn([self.dataset[i] for i in indices])return batch

二，使用Dataset创建数据集

Dataset创建数据集常用的方法有：

使用 torch.utils.data.TensorDataset 根据Tensor创建数据集(numpy的array，Pandas的DataFrame需要先转换成Tensor)。

使用 torchvision.datasets.ImageFolder 根据图片目录创建图片数据集。

继承 torch.utils.data.Dataset 创建自定义数据集。

此外，还可以通过

torch.utils.data.random_split 将一个数据集分割成多份，常用于分割训练集，验证集和测试集。

调用Dataset的加法运算符(+)将多个数据集合并成一个数据集。

1，根据Tensor创建数据集

头文件：

import numpy as np
import torch
from torch.utils.data import TensorDataset,Dataset,DataLoader,random_split

根据Tensor创建数据集

from sklearn import datasets
iris = datasets.load_iris()
ds_iris = TensorDataset(torch.tensor(iris.data),torch.tensor(iris.target))

分割成训练集和预测集

n_train = int(len(ds_iris)*0.8)
n_valid = len(ds_iris) - n_train
ds_train,ds_valid = random_split(ds_iris,[n_train,n_valid])

使用DataLoader加载数据集

dl_train,dl_valid = DataLoader(ds_train,batch_size = 8),DataLoader(ds_valid,batch_size = 8)#查看数据集
for features,labels in dl_train:print(features,labels)break

演示加法运算符（+）的合并作用

ds_data = ds_train + ds_validprint('len(ds_train) = ',len(ds_train))
print('len(ds_valid) = ',len(ds_valid))
print('len(ds_train+ds_valid) = ',len(ds_data))print(type(ds_data))

2，根据图片目录创建图片数据集

头文件：

import numpy as np
import torch
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import transforms,datasets

图片加载：

from PIL import Image
img = Image.open('./data/cat.jpeg')

随机数值翻转

transforms.RandomVerticalFlip()(img)

随机旋转

transforms.RandomRotation(45)(img)

定义图片增强操作

transform_train = transforms.Compose([transforms.RandomHorizontalFlip(), #随机水平翻转transforms.RandomVerticalFlip(), #随机垂直翻转transforms.RandomRotation(45),  #随机在45度角度内旋转transforms.ToTensor() #转换成张量]
) transform_valid = transforms.Compose([transforms.ToTensor()]
)

ds_train = datasets.ImageFolder("./data/cifar2/train/",transform = transform_train,target_transform= lambda t:torch.tensor([t]).float())
ds_valid = datasets.ImageFolder("./data/cifar2/test/",transform = transform_train,target_transform= lambda t:torch.tensor([t]).float())print(ds_train.class_to_idx)

使用DataLoader加载数据集

#注意：windows用户要把num_workers去掉，容易报错
dl_train = DataLoader(ds_train,batch_size = 50,shuffle = True,num_workers=3)
dl_valid = DataLoader(ds_valid,batch_size = 50,shuffle = True,num_workers=3)for features,labels in dl_train:print(features.shape)print(labels.shape)break

三，使用DataLoader加载数据集

DataLoader能够控制batch的大小，batch中元素的采样方法，以及将batch结果整理成模型所需输入形式的方法，并且能够使用多进程读取数据。

DataLoader的函数签名

DataLoader(dataset,batch_size=1,shuffle=False,sampler=None,batch_sampler=None,num_workers=0,collate_fn=None,pin_memory=False,drop_last=False,timeout=0,worker_init_fn=None,multiprocessing_context=None,
)

一般情况下，我们仅仅会配置 dataset, batch_size, shuffle, num_workers, drop_last这五个参数，其他参数使用默认值即可。
dataset : 数据集
batch_size: 批次大小
shuffle: 是否乱序
sampler: 样本采样函数，一般无需设置。
batch_sampler: 批次采样函数，一般无需设置。
num_workers: 使用多进程读取数据，设置的进程数。
collate_fn: 整理一个批次数据的函数。
pin_memory: 是否设置为锁业内存。默认为False，锁业内存不会使用虚拟内存(硬盘)，从锁业内存拷贝到GPU上速度会更快。
drop_last: 是否丢弃最后一个样本数量不足batch_size批次数据。
timeout: 加载一个数据批次的最长等待时间，一般无需设置。
worker_init_fn: 每个worker中dataset的初始化函数，常用于 IterableDataset。一般不使用。

#构建输入数据管道
ds = TensorDataset(torch.arange(1,50))
dl = DataLoader(ds,batch_size = 10,shuffle= True,num_workers=2,drop_last = True)
#迭代数据
for batch, in dl:print(batch)

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