caffe简易上手指南（二）—— 训练我们自己的数据

训练我们自己的数据

本篇继续之前的教程，下面我们尝试使用别人定义好的网络，来训练我们自己的网络。

1、准备数据

首先很重要的一点，我们需要准备若干种不同类型的图片进行分类。这里我选择从ImageNet上下载了3个分类的图片（Cat，Dog，Fish）。

图片需要分两批：训练集（train）、测试集（test），一般训练集与测试集的比例大概是5:1以上，此外每个分类的图片也不能太少，我这里每个分类大概选了5000张训练图+1000张测试图。

找好图片以后，需要准备以下文件：

words.txt：分类序号与分类对应关系（注意：要从0开始标注）

0 cat
1 dog
2 fish

train.txt：标明训练图片路径及其对应分类，路径和分类序号直接用空格分隔，最好随机打乱一下图片

/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_train/n02123045_4416.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_train/n02123045_3568.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/fish_train/n02512053_4451.JPEG 2
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_train/n02123045_3179.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_train/n02123045_6956.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_train/n02123045_10143.JPEG 0
......

val.txt：标明测试图片路径及其对应分类

/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/dog_val/n02084071_12307.JPEG 1
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/dog_val/n02084071_10619.JPEG 1
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_val/n02123045_13360.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_val/n02123045_13060.JPEG 0
/opt/caffe/examples/my_simple_image/data/cat_val/n02123045_11859.JPEG 0
......

2、生成lmdb文件

lmdb是caffe使用的一种输入数据格式，相当于我们把图片及其分类重新整合一下，变成一个数据库输给caffe训练。

这里我们使用caffenet的create_imagenet.sh文件修改，主要是重新指定一下路径：

EXAMPLE=examples/my_simple_image/
DATA=examples/my_simple_image/data/
TOOLS=build/tools

TRAIN_DATA_ROOT=/
VAL_DATA_ROOT=/

# 这里我们打开resize，需要把所有图片尺寸统一
RESIZE=true
if $RESIZE; then
  RESIZE_HEIGHT=256
  RESIZE_WIDTH=256
else
  RESIZE_HEIGHT=0
  RESIZE_WIDTH=0
fi

.......

echo "Creating train lmdb..."

GLOG_logtostderr=1 $TOOLS/convert_imageset \
    --resize_height=$RESIZE_HEIGHT \
    --resize_width=$RESIZE_WIDTH \
    --shuffle \
    $TRAIN_DATA_ROOT \
    $DATA/train.txt \
    $EXAMPLE/ilsvrc12_train_lmdb　　#生成的lmdb路径

echo "Creating val lmdb..."

GLOG_logtostderr=1 $TOOLS/convert_imageset \
    --resize_height=$RESIZE_HEIGHT \
    --resize_width=$RESIZE_WIDTH \
    --shuffle \
    $VAL_DATA_ROOT \
    $DATA/val.txt \
    $EXAMPLE/ilsvrc12_val_lmdb    #生成的lmdb路径

echo "Done."

3、生成mean_file

下面我们用lmdb生成mean_file，用于训练（具体做啥用的我还没研究。。。）

这里也是用imagenet例子的脚本：

EXAMPLE=examples/my_simple_image
DATA=examples/my_simple_image
TOOLS=build/tools

$TOOLS/compute_image_mean $EXAMPLE/ilsvrc12_train_lmdb $DATA/imagenet_mean.binaryproto

echo "Done."

4、修改solver、train_val配置文件

这里我们可以选用cifar的网络，也可以用imagenet的网络，不过后者的网络结构更复杂一些，为了学习，我们就用cifar的网络来改。

把cifar的两个配置文件拷过来：

cifar10_quick_solver.prototxt
cifar10_quick_train_test.prototxt

首先修改cifar10_quick_train_test.prototxt的路径以及输出层数量（标注出黑体的部分）：

name: "CIFAR10_quick"
layer {
  name: "cifar"
  type: "Data"
  top: "data"
  top: "label"
  include {
    phase: TRAIN
  }
  transform_param {
    mean_file: "examples/my_simple_image/imagenet_mean.binaryproto"
  }
  data_param {
    source: "examples/my_simple_image/ilsvrc12_train_lmdb"
    batch_size: 50    #一次训练的图片数量，一般指定50也够了
    backend: LMDB
  }
}
layer {
  name: "cifar"
  type: "Data"
  top: "data"
  top: "label"
  include {
    phase: TEST
  }
  transform_param {
    mean_file: "examples/my_simple_image/imagenet_mean.binaryproto"
  }
  data_param {
    source: "examples/my_simple_image/ilsvrc12_val_lmdb"
    batch_size: 50    #一次训练的图片数量
    backend: LMDB
  }
}

..........
layer {
  name: "ip2"
  type: "InnerProduct"
  bottom: "ip1"
  top: "ip2"
  ..........
  inner_product_param {
    num_output: 3      #输出层数量，就是你要分类的个数
    weight_filler {
      type: "gaussian"
      std: 0.1
    }
    bias_filler {
      type: "constant"
    }
  }
}
......

cifar10_quick_solver.prototxt的修改根据自己的实际需要：

net: "examples/my_simple_image/cifar/cifar10_quick_train_test.prototxt"   #网络文件路径
test_iter: 20        #测试执行的迭代次数
test_interval: 10    #迭代多少次进行测试
base_lr: 0.001       #迭代速率，这里我们改小了一个数量级，因为数据比较少
momentum: 0.9
weight_decay: 0.004
lr_policy: "fixed"   #采用固定学习速率的模式display: 1           #迭代几次就显示一下信息，这里我为了及时跟踪效果，改成1
max_iter: 4000       #最大迭代次数
snapshot: 1000       #迭代多少次生成一次快照
snapshot_prefix: "examples/my_simple_image/cifar/cifar10_quick"     #快照路径和前缀
solver_mode: CPU     #CPU或者GPU

5、开始训练

运行下面的命令，开始训练（为了方便可以做成脚本）

./build/tools/caffe train --solver=examples/my_simple_image/cifar/cifar10_quick_solver.prototxt

6、小技巧

网络的配置和训练其实有一些小技巧。

- 训练过程中，正确率时高时低是很正常的现象，但是总体上是要下降的

- 观察loss值的趋势，如果迭代几次以后一直在增大，最后变成nan，那就是发散了，需要考虑减小训练速率，或者是调整其他参数

- 数据不能太少，如果太少的话很容易发散