原数据集:包含 25000张猫狗图像,两个类别各有12500

新数据集:猫、狗 (照片大小不一样)

  • 训练集:各1000个样本
  • 验证集:各500个样本
  • 测试集:各500个样本

1= 狗,0= 猫

# 将图像复制到训练、验证和测试的目录

import os,shutil

orginal_dataset_dir = 'kaggle_original_data/train'
base_dir = 'cats_and_dogs_small'
os.mkdir(base_dir)#保存新数据集的目录 train_dir = os.path.join(base_dir,'train')
os.mkdir(train_dir)
validation_dir = os.path.join(base_dir,'validation')
os.mkdir(validation_dir)
test_dir = os.path.join(base_dir,'test')
os.mkdir(test_dir) #猫、狗的训练图像目录
train_cats_dir = os.path.join(train_dir,'cats')
os.mkdir(train_cats_dir)
train_dogs_dir = os.path.join(train_dir,'dogs')
os.mkdir(train_dogs_dir) #猫、狗的验证图像目录
validation_cats_dir = os.path.join(validation_dir,'cats')
os.mkdir(validation_cats_dir)
validation_dogs_dir = os.path.join(validation_dir,'dogs')
os.mkdir(validation_dogs_dir) #猫、狗的测试图像目录
test_cats_dir = os.path.join(test_dir,'cats')
os.mkdir(test_cats_dir)
test_dogs_dir = os.path.join(test_dir,'dogs')
os.mkdir(test_dogs_dir) #将前1000张猫的图像复制到train_cats_dir
fnames = ['cat.{}.jpg'.format(i) for i in range(1000)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(train_cats_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst) #将接下来500张猫的图像复制到validation_cats_dir
fnames = ['cat.{}.jpg'.format(i) for i in range(1000,1500)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(validation_cats_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst) #将接下来的500张猫的图像复制到test_cats_dir
fnames = ['cat.{}.jpg'.format(i) for i in range(1500,2000)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(test_cats_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst) #将前1000张狗的图像复制到train_dogs_dir
fnames = ['dog.{}.jpg'.format(i) for i in range(1000)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(train_dogs_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst) #将接下来500张狗的图像复制到validation_dogs_dir
fnames = ['dog.{}.jpg'.format(i) for i in range(1000,1500)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(validation_dogs_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst) #将接下来的500张狗的图像复制到test_cats_dir
fnames = ['dog.{}.jpg'.format(i) for i in range(1500,2000)]
for fname in fnames:
src = os.path.join(orginal_dataset_dir,fname)
dst = os.path.join(test_dogs_dir,fname)
shutil.copyfile(src,dst)
 

#将猫狗分类的小型卷积神经网络实例化
from keras import layers
from keras import models model = models.Sequential()
model.add(layers.Conv2D(32,(3,3),activation='relu',input_shape=(150,150,3)))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(64,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Flatten())
model.add(layers.Dense(512,activation='relu'))
model.add(layers.Dense(1,activation='sigmoid'))

该问题为二分类问题,所以网咯最后一层是使用sigmoid激活的

单一单元,大小为1的Dense层。

from keras import optimizers

model.compile(loss='binary_crossentropy',
optimizer = optimizers.RMSprop(lr=1e-4),
metrics = ['acc'])

loss: binary_crossentropy

优化器: RMSprop

度量:acc精度

#使用ImageDataGenerator从目录中读取图像
#ImageDataGenerator可以快速创建Python生成器,能够将硬盘上的图像文件自动转换为预处理好的张量批量
from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator #将所有图像乘以1/255缩放
train_datagen = ImageDataGenerator(rescale = 1./255)
test_datagen = ImageDataGenerator(rescale = 1./255) train_generator = train_datagen.flow_from_directory(
train_dir,
target_size = (150,150),
batch_size = 20,
class_mode = 'binary' #因为使用了binary_crossentropy损失,所以需要用二进制标签
) validation_generator = test_datagen.flow_from_directory(
validation_dir,
target_size = (150,150),
batch_size = 20,
class_mode = 'binary'
)
 

 用flow_from_directory最值得注意的是directory这个参数:
它的目录格式一定要注意是包含一个子目录下的所有图片这种格式,
driectoty路径只要写到标签路径上面的那个路径即可。 

for data_batch,labels_batch in train_generator:
print('data batch shape:',data_batch.shape)
print('labels batch shape:',labels_batch.shape)
break
data batch shape: (20, 150, 150, 3)
labels batch shape: (20,)
#利用批量生成器拟合模型
history = model.fit_generator(
train_generator,
steps_per_epoch = 50,
epochs = 30,
validation_data = validation_generator,
validation_steps = 50#需要从验证生成器中抽取50个批次用于评估
)

#保存模型
  model.save('cats_and_dogs_small_1.h5')

 

from keras.models import load_model
  model = load_model('cats_and_dogs_small_1.h5')


 手残,误操作,还好我已经保存了模型,用这句话就可以载入模型
#绘制损失曲线和精度曲线
import matplotlib.pyplot as plt acc = history.history['acc']
val_acc = history.history['val_acc']
loss = history.history['loss']
val_loss = history.history['val_loss'] epochs = range(1,len(acc)+1) plt.plot(epochs,acc,'bo',label='Training_acc')
plt.plot(epochs,val_acc,'b',label='Validation_acc')
plt.title('Traing and validation accuracy')
plt.legend() plt.figure() plt.plot(epochs,loss,'bo',label='Training loss')
plt.plot(epochs,val_loss,'b',label='Validation_loss')
plt.title('Traing and validation loss')
plt.legend() plt.show()
 

过拟合太严重了,原因可能是训练样本较少

#因为数据样本较少,容易过拟合,因此我们使用数据增强来减少过拟合

#利用ImageDataGenerator来设置数据增强
datagen = ImageDataGenerator(
rotation_range = 40,
width_shift_range = 0.2,
height_shift_range=0.2,
shear_range=0.2,
zoom_range = 0.2,
horizontal_flip = True,
fill_mode = 'nearest'
)

数据增强是从现有的训练样本中生成更多的训练数据,其方法是

利用多种能够生成可信图像的随机变换来增加样本。其目标是,

模型在训练时不会两次查看完全相同的图像。这让模型能够观察

到数据的更多内容,从而具有更好的泛化能力。

#显示几个随机增强后的训练图像
from keras.preprocessing import image fnames = [os.path.join(train_cats_dir,fname) for fname in os.listdir(train_cats_dir)]
# ['cats_and_dogs_small\\train\\cats\\cat.0.jpg','cats_and_dogs_small\\train\\cats\\cat.1.jpg',...] img_path = fnames[3]#选择一张图像进行增强
# 'cats_and_dogs_small\\train\\cats\\cat.3.jpg' img = image.load_img(img_path,target_size=(150,150))#读取图像并调整大小 x = image.img_to_array(img) # ==> array(150,150,3) x = x.reshape((1,)+x.shape) # ==> array(1,150,150,3)
#x的秩必须为4,不够需要加一维 i = 0
for batch in datagen.flow(x,batch_size=1):
plt.figure(i)
implot = plt.imshow(image.array_to_img(batch[0]))
i += 1
if i % 4 == 0: #生成随机变换后的图像批量。循环是无限的,因此你需要在某个时刻终止循环
break #生成4张图之后就终止 plt.show()

#向模型中添加一个Dropout层,添加到密集连接分类器之前
model = models.Sequential()
model.add(layers.Conv2D(32,(3,3),activation='relu',input_shape=(150,150,3)))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(64,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation='relu'))
model.add(layers.MaxPool2D((2,2))) model.add(layers.Flatten())
model.add(layers.Dropout(0.5))
model.add(layers.Dense(512,activation='relu'))
model.add(layers.Dense(1,activation='sigmoid')) model.compile(loss='binary_crossentropy',
optimizer = optimizers.RMSprop(lr=1e-4),
metrics = ['acc'])
 
#利用数据增强生成器训练卷积神经网络
train_datagen = ImageDataGenerator(
rescale = 1./255,
rotation_range = 40,
width_shift_range = 0.2,
height_shift_range = 0.2,
shear_range = 0.2,
zoom_range = 0.2,
horizontal_flip = True,
) test_datagen = ImageDataGenerator(rescale = 1./255) train_generator = train_datagen.flow_from_directory(
train_dir,
target_size = (150,150),
batch_size = 20,
class_mode = 'binary' #因为使用了binary_crossentropy损失,所以需要用二进制标签
) validation_generator = test_datagen.flow_from_directory(
validation_dir,
target_size = (150,150),
batch_size = 20,
class_mode = 'binary'
) history = model.fit_generator(
train_generator,
steps_per_epoch = 50,
epochs = 30,
validation_data = validation_generator,
validation_steps = 50#需要从验证生成器中抽取50个批次用于评估
) model.save('cats_and_dogs_small_2.h5')
 

#绘制损失曲线和精度曲线
import matplotlib.pyplot as plt acc = history.history['acc']
val_acc = history.history['val_acc']
loss = history.history['loss']
val_loss = history.history['val_loss'] epochs = range(1,len(acc)+1) plt.plot(epochs,acc,'bo',label='Training_acc')
plt.plot(epochs,val_acc,'b',label='Validation_acc')
plt.title('Traing and validation accuracy')
plt.legend() plt.figure() plt.plot(epochs,loss,'bo',label='Training loss')
plt.plot(epochs,val_loss,'b',label='Validation_loss')
plt.title('Traing and validation loss')
plt.legend() plt.show()
 

使用了数据增强和dropout之后,模型不再过拟合,训练曲线紧紧跟着验证曲线

但只靠从头开始训练自己的卷积神经网络,再想提高精度就十分困难,因为可用的数据太少。想要在这个问题上进一步提高精度,下一步需要使用预训练的模型。

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