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【转载】Pytorch tutorial 之Datar Loading and Processing (2)

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marsggbo
发布2019-03-03 21:32:30
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发布2019-03-03 21:32:30
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文章被收录于专栏:AutoML(自动机器学习)

前言

上文介绍了数据读取、数据转换、批量处理等等。了解到在PyTorch中,数据加载主要有两种方式:

  • 1.自定义的数据集对象。数据集对象被抽象为Dataset类,实现自定义的数据集需要继承Dataset。且须实现__len__()和__getitem__()两个方法。
  • 2.利用torchvision包。torchvision已经预先实现了常用的Dataset,包括前面使用过的CIFAR-10,以及ImageNet、COCO、MNIST、LSUN等数据集,可通过诸如torchvision.datasets.CIFAR10来调用。这里介绍ImageFolder,其也继承自DatasetImageFolder假设所有的文件按文件夹保存,每个文件夹下存储同一个类别的图片,文件夹名为类名,其构造函数如下:
代码语言:txt
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   ImageFolder(root, transform=None, target_transform=None, loader=default_loader)     

它主要有四个参数:

  • root:在root指定的路径下寻找图片
  • transform:对PIL Image进行的转换操作,transform的输入是使用loader读取图片的返回对象
  • target_transform:对label的转换
  • loader:给定路径后如何读取图片,默认读取为RGB格式的PIL Image对象

label是按照文件夹名顺序排序后存成字典,即{类名:类序号(从0开始)},一般来说最好直接将文件夹命名为从0开始的数字,这样会和ImageFolder实际的label一致,如果不是这种命名规 范,建议看看self.class_to_idx属性以了解label和文件夹名的映射关系。

下面我们进一步理解数据读取的内容:

1.  查看dataset实例都有哪些方法与成员:

代码语言:txt
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from torchvision.datasets import ImageFolder
dataset = ImageFolder('data/ants&bee_2/', transform=transform)

打印一下dataset类的成员与方法:

代码语言:txt
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print(dir(dataset))
代码语言:txt
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['\_\_add\_\_', '\_\_class\_\_', '\_\_delattr\_\_', '\_\_dict\_\_', '\_\_dir\_\_', '\_\_doc\_\_', '\_\_eq\_\_', '\_\_format\_\_', '\_\_ge\_\_', '\_\_getattribute\_\_', '\_\_getitem\_\_', '\_\_gt\_\_', '\_\_hash\_\_', '\_\_init\_\_', '\_\_le\_\_', '\_\_len\_\_', '\_\_lt\_\_', '\_\_module\_\_', '\_\_ne\_\_', '\_\_new\_\_', '\_\_reduce\_\_', '\_\_reduce\_ex\_\_', '\_\_repr\_\_', '\_\_setattr\_\_', '\_\_sizeof\_\_', '\_\_str\_\_', '\_\_subclasshook\_\_', '\_\_weakref\_\_', 'class\_to\_idx', 'classes', 'imgs', 'loader', 'root', 'target\_transform', 'transform']

dataset.__len__()  : 数据集的数目

dataset.__getitem__(idx) : 输入索引,返回对应的图片与标签

dataste.class_to_idx : 字典,类与标签  eg:{‘ants’:0, ‘bees’: 1}

dataset.classes: 列表,返回类别  eg: 'ants', 'bees'

dataset.imgs : 列表,返回所有图片的路径和对应的label

特别的对于dataset,可以根据dataset.__getitem__(idx)来返回第idx张图与标签,还可以直接进行索引:

代码语言:txt
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dataset[0][1]    # 第一维是第几张图,第二维为1返回label
dataset[0][0]    # 为0返回图片数据

还可以循环迭代:

代码语言:txt
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for img, label in dataset:
    print(img.size(), label)

所以无论是自定义的dataset,或是 ImageFolder得到的dataset,因其都继承自utils.data.Dataset, 故以上方法两种方法都有。

2.  Dataloader使用

如果只是每次读取一张图,那么上面的操作已经足够了,但是为了批量操作、打散数据、多进程处理、定制batch,那么我们还需要更高级的类:

DataLoader定义如下:

class torch.utils.data.DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=False, sampler=None, num_workers=0, collate_fn=<function default_collate>, pin_memory=False, drop_last=False)

  • dataset:加载的数据集(Dataset对象)
  • batch_size:batch size
  • shuffle::是否将数据打乱
  • sampler: 样本抽样。定义从数据集中提取样本的策略。如果指定,则忽略shuffle参数。
  • batch_sampler(sampler,可选) - 和sampler一样,但一次返回一批索引。与batch_size,shuffle,sampler和drop_last相互排斥。
  • num_workers:使用多进程加载的进程数,0代表不使用多进程
  • collate_fn: 如何将多个样本数据拼接成一个batch,一般使用默认的拼接方式即可
  • pin_memory:是否将数据保存在pin memory区,pin memory中的数据转到GPU会快一些,默认为false
  • drop_last:dataset中的数据个数可能不是batch_size的整数倍,drop_last为True会将多出来不足一个batch的数据丢弃,默认为false
代码语言:txt
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from torch.utils.data import DataLoader
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=3, shuffle=True, num_workers=0, drop_last=False)

dataiter = iter(dataloader)     # 迭代器

imgs, labels = next(dataiter)
imgs.size() # batch_size, channel, height, weight    #  torch.Size([3, 3, 224, 224])

下面主要介绍collate_fn和sampler的用法:

1)collate_fn

在数据处理中,有时会出现某个样本无法读取等问题,比如某张图片损坏。这时在__getitem__函数中将出现异常,此时最好的解决方案即是将出错的样本剔除。如果实在是遇到这种情况无法处理,则可以返回None对象,然后在Dataloader中实现自定义的**collate_fn**,将空对象过滤掉。但要注意,在这种情况下dataloader返回的batch数目会少于batch_size。

eg:

代码语言:txt
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class NewDogCat(DogCat): # 继承前面实现的DogCat数据集
    def __getitem__(self, index):
        try:
            # 调用父类的获取函数,即 DogCat.__getitem__(self, index)
            return super(NewDogCat,self).__getitem__(index)
        except:
            return None, None

from torch.utils.data.dataloader import default_collate # 导入默认的拼接方式
def my_collate_fn(batch):
    '''
    batch中每个元素形如(data, label)
    '''
    # 过滤为None的数据
    batch = list(filter(lambda x:x[0] is not None, batch))
    return default_collate(batch) # 用默认方式拼接过滤后的batch数据
代码语言:txt
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dataset = NewDogCat('data/dogcat_wrong/', transforms=transform)
dataset[5]    # (None, None)

第5张图坏掉了所以返回None,下面查看对于批量读取怎么处理:

代码语言:txt
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dataloader = DataLoader(dataset, 2, collate_fn=my_collate_fn, num_workers=1)     # 批量为2
for batch_datas, batch_labels in dataloader:
    print(batch_datas.size(),batch_labels.size())
代码语言:txt
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torch.Size([2, 3, 224, 224]) torch.Size([2])
torch.Size([2, 3, 224, 224]) torch.Size([2])
torch.Size([1, 3, 224, 224]) torch.Size([1])
torch.Size([2, 3, 224, 224]) torch.Size([2])
torch.Size([1, 3, 224, 224]) torch.Size([1])

可以看到第三个批量只有1张图,因为第5张图坏掉了,所以第三个批量只有第六张图。第五个批量也只有1张图是因为数据集总共只有9张图(含坏图)。如果设置drop_last为true,那么第五个批量就被丢弃了。对于诸如样本损坏或数据集加载异常等情况,还可以通过其它方式解决。例如但凡遇到异常情况,就随机取一张图片代替:

代码语言:txt
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class NewDogCat(DogCat):
    def __getitem__(self, index):
        try:
            return super(NewDogCat, self).__getitem__(index)
        except:
            new_index = random.randint(0, len(self)-1)
            return self[new_index]

相比较丢弃异常图片而言,这种做法会更好一些,因为它能保证每个batch的数目仍是batch_size。但在大多数情况下,最好的方式还是对数据进行彻底清洗。

## 2)sampler

sampler模块用来对数据进行采样。常用的有随机采样器:RandomSampler,当dataloader的shuffle参数为True时,系统会自动调用这个采样器,实现打乱数据。默认的是采用SequentialSampler,它会按顺序一个一个进行采样。这里介绍另外一个很有用的采样方法: WeightedRandomSampler,它会根据每个样本的权重选取数据,在样本比例不均衡的问题中,可用它来进行重采样。

class torch.utils.data.sampler.WeightedRandomSampler(weights, num_samples, replacement=True)

       构建WeightedRandomSampler时需提供两个参数:每个样本的权重weights、共选取的样本总数num_samples,以及一个可选参数replacement。权重越大的样本被选中的概率越大,待选取的样本数目一般小于全部的样本数目。replacement用于指定是否可以重复选取某一个样本,默认为True,即允许在一个epoch中重复采样某一个数据。如果设为False,则当某一类的样本被全部选取完,但其样本数目仍未达到num_samples时,sampler将不会再从该类中选择数据,此时可能导致weights参数失效。下面举例说明。

代码语言:txt
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dataset = DogCat('data/dogcat/', transforms=transform)

# 狗的图片被取出的概率是猫的概率的两倍
# 两类图片被取出的概率与weights的绝对大小无关,只和比值有关
weights = [2 if label == 1 else 1 for data, label in dataset]
weights     #  [2, 2, 1, 1, 1, 1, 2, 2]
代码语言:txt
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from torch.utils.data.sampler import  WeightedRandomSampler
sampler = WeightedRandomSampler(weights,\
                                num_samples=9,\
                                replacement=True)
dataloader = DataLoader(dataset,
                        batch_size=3,
                        sampler=sampler)
for datas, labels in dataloader:
    print(labels.tolist())
代码语言:txt
复制
[1, 0, 1]
[1, 0, 1]
[1, 1, 0]

可见猫狗样本比例约为1:2,另外一共只有8个样本,但是却返回了9个,说明肯定有被重复返回的,这就是replacement参数的作用,下面将replacement设为False试试:

代码语言:txt
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sampler = WeightedRandomSampler(weights, 8, replacement=False)
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=4, sampler=sampler)
for datas, labels in dataloader:
    print(labels.tolist())
代码语言:txt
复制
[1, 0, 1, 0]
[1, 1, 0, 0]

在这种情况下,num_samples等于dataset的样本总数,为了不重复选取,sampler会将每个样本都返回,这样就失去weight参数的意义了。

从上面的例子可见sampler在样本采样中的作用:如果指定了sampler,shuffle将不再生效,并且sampler.num_samples会覆盖dataset的实际大小,即一个epoch返回的图片总数取决于sampler.num_samples。

部分转载自:pytorch-book-master

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<footer style="color:white;;background-color:rgb(24,24,24);padding:10px;border-radius:10px;"><br>

<h3 style="text-align:center;color:tomato;font-size:16px;" id="autoid-2-0-0"><br>

<b>MARSGGBO</b><b style="color:white;"><span style="font-size:25px;">♥</span>原创</b>

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2019-3-3<p></p>

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</p></h3><br>

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