深度学习应用系列（三）| autokeras使用入门

我们在构建自己的神经网络模型时，往往会基于预编译模型上进行迁移学习。但不同的训练数据、不同的场景下，各个模型表现不一，需要投入大量的精力进行调参，耗费相当多的时间才能得到自己满意的模型。

而谷歌近期推出了AutoML，可以帮助人们在给定数据下自动找寻最优网络模型，可谓让不是专业的人也可以轻松构建合适自己的网络模型，但唯一的问题是太贵了，每小时收费20美元啦。

幸好开源界也推出了autokeras，让我们一众屌丝也可以享受这免费的待遇，其官网是 https://autokeras.com/ 。

官网的文档和样例目前不是很详细，我研究了一番，写篇简单的入门贴，供大家参考。

一、 准备数据

先下载训练和测试数据集，下载地址为 http://pan.baidu.com/s/1nuqlTnN，总共500张图片，其中100张为测试数据，400张为训练数据，图片分为'bus', 'dinosaur', 'flower', 'horse', 'elephant'五类，分别以以3,4,5,6,7开头进行按类区分

按照autokers的要求，我们需要做一个csv文件，记录图片与所属标签的映射关系，可以用如下代码生成：

import os
import csv

TRAIN_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train'
TRAIN_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train_labels.csv'
TEST_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test'
TEST_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test_labels.csv'

def mkcsv(img_dir, csv_dir):
    list = []
    list.append(['File Name','Label'])
    for file_name in os.listdir(img_dir):
        if file_name[0] == '3':   #bus
            item = [file_name, 0]
        elif file_name[0] == '4': #dinosaur
            item = [file_name, 1]
        elif file_name[0] == '5': #elephant
            item = [file_name, 2]
        elif file_name[0] == '6': #flower
            item = [file_name, 3]
        else:
            item = [file_name, 4] #horse
        list.append(item)

    print(list)
    f = open(csv_dir, 'w', newline='')
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerows(list)

mkcsv(TRAIN_IMG_DIR, TRAIN_CSV_DIR)
mkcsv(TEST_IMG_DIR, TEST_CSV_DIR)

最后生成的csv文件的格式是这样：

File Name,Label
473.jpg,1
675.jpg,3
556.jpg,2
584.jpg,2
339.jpg,0

　　

二、 格式化图片

训练和测试图片的大小不一，需要统一转换成相同的格式才能被autokeras处理，可用如下代码处理：

from tensorflow.keras.preprocessing import image
import os

TEST_IMG_DIR_INPUT = "/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test_origin"
TEST_IMG_DIR_OUTPUT = "/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test"
TRAIN_IMG_DIR_INPUT = "/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train_origin"
TRAIN_IMG_DIR_OUTPUT = "/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train"
IMAGE_SIZE = 28

def format_img(input_dir, output_dir):
    for file_name in os.listdir(input_dir):
        path_name = os.path.join(input_dir, file_name)
        img = image.load_img(path_name, target_size=(IMAGE_SIZE, IMAGE_SIZE))
        path_name = os.path.join(output_dir, file_name)
        img.save(path_name)

format_img(TEST_IMG_DIR_INPUT, TEST_IMG_DIR_OUTPUT)
format_img(TRAIN_IMG_DIR_INPUT, TRAIN_IMG_DIR_OUTPUT)

本例中我们把图片大小统一转换成(28, 28)的格式，为什么是这个值呢？我最初尝试设置成224*224，但发现后来运行autokeras时，抛出了"RuntimeError: CUDA error: out of memory"的错误，autokeras是基于pyTorch，我觉得pyTorch对于内存的利用上需要优化下，同样的数据集我在基于tensorflow的keras上是不会报内存不足的。不过也许你的内存足够大的话，可以忽略我的建议。

三、 训练

首先我们需要安装autokeras：pip3 install autokeras

其次需要安装graphviz: apt install graphviz，目的是为了最后能画出我们生成的模型

以下是训练代码：

from autokeras.image.image_supervised import load_image_dataset, ImageClassifier
from keras.models import load_model
from keras.utils import plot_model
from keras.preprocessing.image import load_img, img_to_array
import numpy as np

TRAIN_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train_labels.csv'
TRAIN_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/train'
TEST_CSV_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test_labels.csv'
TEST_IMG_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test'

PREDICT_IMG_PATH = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/test/719.jpg'

MODEL_DIR = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/model/my_model.h5'
MODEL_PNG = '/home/yourname/Documents/tensorflow/images/500pics2/model/model.png'
IMAGE_SIZE = 28

if __name__ == '__main__':
    # 获取本地图片，转换成numpy格式
    train_data, train_labels = load_image_dataset(csv_file_path=TRAIN_CSV_DIR, images_path=TRAIN_IMG_DIR)
    test_data, test_labels = load_image_dataset(csv_file_path=TEST_CSV_DIR, images_path=TEST_IMG_DIR)

    # 数据进行格式转换
    train_data = train_data.astype('float32') / 255
    test_data = test_data.astype('float32') / 255
    print("train data shape:", train_data.shape)

    # 使用图片识别器
    clf = ImageClassifier(verbose=True)
    # 给其训练数据和标签，训练的最长时间可以设定，假设为1分钟，autokers会不断找寻最优的网络模型
    clf.fit(train_data, train_labels, time_limit=1 * 60)
    # 找到最优模型后，再最后进行一次训练和验证
    clf.final_fit(train_data, train_labels, test_data, test_labels, retrain=True)
    # 给出评估结果
    y = clf.evaluate(test_data, test_labels)
    print("evaluate:", y)

    # 给一个图片试试预测是否准确
    img = load_img(PREDICT_IMG_PATH)
    x = img_to_array(img)
    x = x.astype('float32') / 255
    x = np.reshape(x, (1, IMAGE_SIZE, IMAGE_SIZE, 3))
    print("x shape:", x.shape)

    # 最后的结果是一个numpy数组，里面是预测值4，意味着是马，说明预测准确
    y = clf.predict(x)
    print("predict:", y)

    # 导出我们生成的模型
    clf.export_keras_model(MODEL_DIR)
    # 加载模型
    model = load_model(MODEL_DIR)
    # 将模型导出成可视化图片
    plot_model(model, to_file=MODEL_PNG)

　最后给出生成的模型样子，也许这个模型比不上你手工调参得来的模型高效，但这已经是autokeras给出的最优解了，而且我们不需要劳神劳力的去调参了。

人生苦短，我用autokers!