Paddle.Hub 初探：快速基于预训练模型实现猫的 12 分类

Paddle.Hub

• 官方文档：直达链接

• API 简介：

  API 名称	API 功能
  list	查看 Repo 支持的模型列表
  help	查看指定模型的文档
  load	加载指定模型

• 使用介绍：
  • 简单讲这就是个可以快速调用外部扩展模型的 API
  • 只需要将模型的代码托管在 GitHub 或 Gitee 平台上或者存储在本地
  • 就可以通过这个 API 进行调用，方便开发者分享模型代码供其他人快速使用

快速使用

• 因为 GitHub 访问速度比较慢的缘故
• 暂时使用本地加载的方式来演示，所以需要预先同步 repo 的代码至本地后进行使用

# 同步 PaddleClas 代码!git clone https://gitee.com/PaddlePaddle/PaddleClas -b develop --depth 1

import paddle# 加载 Repo 中的模型列表model_list = paddle.hub.list('PaddleClas', source='local', force_reload=False)print(model_list)# 查看模型帮助文档model_help = paddle.hub.help('PaddleClas', 'mobilenetv3_large_x1_25', source='local', force_reload=False)print(model_help)# 加载模型model = paddle.hub.load('PaddleClas', 'mobilenetv3_large_x1_25', source='local', force_reload=False)# 模型测试data = paddle.rand((1, 3, 224, 224))
out = model(data)print(out.shape) # [1, 1000]

['alexnet', 'densenet121', 'densenet161', 'densenet169', 'densenet201', 'densenet264', 'googlenet', 'inceptionv3', 'inceptionv4', 'mobilenetv1', 'mobilenetv1_x0_25', 'mobilenetv1_x0_5', 'mobilenetv1_x0_75', 'mobilenetv2_x0_25', 'mobilenetv2_x0_5', 'mobilenetv2_x0_75', 'mobilenetv2_x1_5', 'mobilenetv2_x2_0', 'mobilenetv3_large_x0_35', 'mobilenetv3_large_x0_5', 'mobilenetv3_large_x0_75', 'mobilenetv3_large_x1_0', 'mobilenetv3_large_x1_25', 'mobilenetv3_small_x0_35', 'mobilenetv3_small_x0_5', 'mobilenetv3_small_x0_75', 'mobilenetv3_small_x1_0', 'mobilenetv3_small_x1_25', 'resnet101', 'resnet152', 'resnet18', 'resnet34', 'resnet50', 'resnext101_32x4d', 'resnext101_64x4d', 'resnext152_32x4d', 'resnext152_64x4d', 'resnext50_32x4d', 'resnext50_64x4d', 'shufflenetv2_x0_25', 'squeezenet1_0', 'squeezenet1_1', 'vgg11', 'vgg13', 'vgg16', 'vgg19']

    MobileNetV3_large_x1_25
    Args:
        pretrained: bool=False. If `True` load pretrained parameters, `False` otherwise.
        kwargs: 
            class_dim: int=1000. Output dim of last fc layer.
    Returns:
        model: nn.Layer. Specific `MobileNetV3_large_x1_25` model depends on args.
    
[1, 1000]

已知问题

• Paddle 2.1.0 GPU 版本暂时不太稳定，模型能够正常加载和前向计算，但是跑 PaddleHapi 的训练会直接崩溃重启（Issue 已提，Paddle 的 bug，待修复）
• 通过 Gitee 无法加载，会报错 File is not a zip file（Issue 已提，目前该功能已从文档移除）
• GitHub 访问速度比较慢，不过这个没啥好办法
• 每次加载模型后，如果不重启 Notebook 内核就无法重新加载（Issue 已提，PaddleClas 的 bug，待修复）
• PaddleClas 内的一些模型比如 MobileNet v3 系列，还无法在 PaddleHapi 中正常使用（提交的 pr 已合并）

猫的12分类

任务描述

• 利用训练的模型来预测数据所属的类别。

数据说明

• 本数据集包含12种类的猫的图片
• 整个数据将被分为训练集与测试集。
• 训练集：在训练集中，我们将提供高清彩色图片以及图片所属的分类
• 测试集：在测试数据集中，我们仅仅提供彩色图片

解压数据集

• 使用数据之前第一步就是对训练和测试集进行解压缩

!unzip -q -d /home/aistudio/data/data10954 /home/aistudio/data/data10954/cat_12_train.zip!unzip -q -d /home/aistudio/data/data10954 /home/aistudio/data/data10954/cat_12_test.zip

数据预处理

• 对于一个数据集，首先要了解数据的组成是什么：

  • 解压完的数据集中包括两个图片文件夹以及一个数据列表文件，如下图所示

                 

  • 其中 cat_12_train 和 cat_12_test 分别存放所有训练和测试集的图片
  • train_list.txt 则是以由一行行"图片 标签"的数据组成的数据列表
    • 如：cat_12_train/8GOkTtqw7E6IHZx4olYnhzvXLCiRsUfM.jpg 0
    • 其中使用0-11分别对12个类别进行标注
    • 中间使用\t作为分隔符

• 对于一个数据集，为了更好的衡量模型的效果，不能只有训练集和测试集，所以一般需要从中训练集中分出一部分作为验证集使用

• 了解了上述的内容，就可以开始使用代码来对数据集进行预处理了

  

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  下载

import osimport paddleimport random

total = []# 读取数据标签with open('/home/aistudio/data/data10954/train_list.txt', 'r', encoding='UTF-8') as f:    for line in f:        # 格式转换
        line = line[:-1].split('\t')
        total.append(' '.join(line)+'\n')# 打乱数据顺序random.shuffle(total)'''
切分数据集
95%的数据作为训练集
5%的数据作为验证集
'''split_num = int(len(total)*0.95) 

# 写入训练数据列表with open('/home/aistudio/data/data10954/train.txt', 'w', encoding='UTF-8') as f:    for line in total[:split_num]:
        f.write(line)# 写入验证数据列表with open('/home/aistudio/data/data10954/dev.txt', 'w', encoding='UTF-8') as f:    for line in total[split_num:]:
        f.write(line)# 写入测试数据列表with open('/home/aistudio/data/data10954/test.txt', 'w', encoding='UTF-8') as f:    for line in ['cat_12_test/%s\n' % img for img in os.listdir('/home/aistudio/data/data10954/cat_12_test')]:
        f.write(line)

模型训练

• 模型训练的一般步骤如下：

  1. 搭建模型
  2. 构建数据集和数据读取器
  3. 配置各种参数
  4. 构建训练任务
  5. 开始训练模型

• 注：启动训练前请重启 Notebook 内核

• 注：目前只有 CPU 环境才可以正常运行如下代码

import osimport paddleimport randomimport paddle.nn as nnimport paddle.vision.transforms as T# 构建数据集class CatDataset(paddle.io.Dataset):
    def __init__(self, transforms, dataset_path='/home/aistudio/data/data10954', mode='train'):
        self.mode = mode
        self.dataset_path = dataset_path
        self.transforms = transforms
        self.num_classes = 5

        if self.mode == 'train':
            self.file = 'train.txt'
        elif self.mode == 'dev':
            self.file = 'dev.txt'
        else:
            self.file = 'test.txt'
        self.file = os.path.join(dataset_path, self.file)        with open(self.file, 'r') as file:
            self.data = file.read()[:-1].split('\n')    def __getitem__(self, idx):
        if self.mode in ['train', 'dev']:
            img_path, grt = self.data[idx].split(' ')
            img_path = os.path.join(self.dataset_path, img_path)
            im = paddle.vision.image_load(img_path)
            im = im.convert("RGB")
            im = self.transforms(im)            return im, int(grt)        else:
            img_path = self.data[idx]
            img_path = os.path.join(self.dataset_path, img_path)
            im = paddle.vision.image_load(img_path)
            im = im.convert("RGB")
            im = self.transforms(im)            return im    def __len__(self):
        return len(self.data)# 加载数据集train_transforms = T.Compose([
    T.Resize(256),
    T.RandomCrop(224),
    T.RandomHorizontalFlip(),
    T.RandomVerticalFlip(),
    T.ToTensor(),
    T.Normalize(mean=[0.5, 0.5, 0.5], std=[0.5, 0.5, 0.5])
])

test_transforms = T.Compose([
    T.Resize(256),
    T.CenterCrop(224),
    T.ToTensor(),
    T.Normalize(mean=[0.5, 0.5, 0.5], std=[0.5, 0.5, 0.5])
])

train_dataset = CatDataset(train_transforms, mode='train')
dev_dataset = CatDataset(test_transforms, mode='dev')
test_dataset = CatDataset(test_transforms, mode='test')# 加载模型model = paddle.hub.load('PaddleClas', 'mobilenetv3_large_x0_5', source='local', force_reload=False, class_dim=12, pretrained=True)
model = paddle.Model(model)# 定义优化器opt = paddle.optimizer.Adam(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())# 配置模型model.prepare(optimizer=opt, loss=nn.CrossEntropyLoss(), metrics=paddle.metric.Accuracy(topk=(1, 5)))

model.fit(
    train_data=train_dataset, 
    eval_data=dev_dataset, 
    batch_size=32, 
    epochs=2, 
    eval_freq=1, 
    log_freq=1, 
    save_dir='save_models', 
    save_freq=1, 
    verbose=1, 
    drop_last=False, 
    shuffle=True,
    num_workers=0)

2021-05-18 12:43:59 INFO: unique_endpoints {''}
2021-05-18 12:43:59 INFO: Downloading MobileNetV3_large_x0_5_pretrained.pdparams from https://paddle-imagenet-models-name.bj.bcebos.com/dygraph/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained.pdparams
100%|██████████| 15875/15875 [00:00<00:00, 18983.36it/s]
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/paddle/fluid/dygraph/layers.py:1297: UserWarning: Skip loading for out.weight. out.weight receives a shape [1280, 1000], but the expected shape is [1280, 12].
  warnings.warn(("Skip loading for {}. ".format(key) + str(err)))
/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/paddle/fluid/dygraph/layers.py:1297: UserWarning: Skip loading for out.bias. out.bias receives a shape [1000], but the expected shape is [12].
  warnings.warn(("Skip loading for {}. ".format(key) + str(err)))

The loss value printed in the log is the current step, and the metric is the average value of previous steps.
Epoch 1/2

/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/paddle/fluid/layers/utils.py:77: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working
  return (isinstance(seq, collections.Sequence) and

step 65/65 [==============================] - loss: 2.7684 - acc_top1: 0.6628 - acc_top5: 0.9464 - 3s/step        
save checkpoint at /home/aistudio/save_models/0
Eval begin...
step 4/4 [==============================] - loss: 0.8948 - acc_top1: 0.7685 - acc_top5: 0.9907 - 732ms/step         
Eval samples: 108
Epoch 2/2
step 65/65 [==============================] - loss: 0.5738 - acc_top1: 0.8397 - acc_top5: 0.9942 - 3s/step        
save checkpoint at /home/aistudio/save_models/1
Eval begin...
step 4/4 [==============================] - loss: 0.5484 - acc_top1: 0.8611 - acc_top5: 0.9907 - 779ms/step         
Eval samples: 108
save checkpoint at /home/aistudio/save_models/final

模型预测

• 模型预测一般步骤：

  1. 读取数据
  2. 模型预测
  3. 预测结果后处理
  4. 输出最终结果

import numpy as np# 模型预测results = model.predict(test_dataset, batch_size=32, num_workers=0, stack_outputs=True, callbacks=None)# 对预测结果进行后处理total = []for img, result in zip(test_dataset.data, np.argmax(results[0], 1)):
    total.append('%s,%s\n' % (img.split('/')[-1], result))# 生成结果文件with open('result.csv','w') as f:    for line in total:
        f.write(line)

Predict begin...
step 8/8 [==============================] - 805ms/step        
Predict samples: 240