Python基于Pytorch特征图提取的示例分析
发表于:2024-12-13 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2024年12月13日,这篇文章给大家分享的是有关Python基于Pytorch特征图提取的示例分析的内容。小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,一起跟随小编过来看看吧。简述为了方便理解卷积神经网络的运行过程,需要对卷积
千家信息网最后更新 2024年12月13日Python基于Pytorch特征图提取的示例分析
这篇文章给大家分享的是有关Python基于Pytorch特征图提取的示例分析的内容。小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,一起跟随小编过来看看吧。
简述
为了方便理解卷积神经网络的运行过程,需要对卷积神经网络的运行结果进行可视化的展示。
大致可分为如下步骤:
单个图片的提取
神经网络的构建
特征图的提取
可视化展示
单个图片的提取
根据目标要求,需要对单个图片进行卷积运算,但是Pytorch中读取数据主要用到torch.utils.data.DataLoader类,因此我们需要编写单个图片的读取程序
def get_picture(picture_dir, transform): ''' 该算法实现了读取图片,并将其类型转化为Tensor ''' tmp = [] img = skimage.io.imread(picture_dir) tmp.append(img) img = skimage.io.imread('./picture/4.jpg') tmp.append(img) img256 = [skimage.transform.resize(img, (256, 256)) for img in tmp] img256 = np.asarray(img256) img256 = img256.astype(np.float32) return transform(img256[0])
注意: 神经网络的输入是四维形式,我们返回的图片是三维形式,需要使用unsqueeze()插入一个维度
神经网络的构建
网络的基于LeNet构建,不过为了方便展示,将其中的参数按照2562563进行的参数的修正
网络构建如下:
class LeNet(nn.Module): ''' 该类继承了torch.nn.Modul类 构建LeNet神经网络模型 ''' def __init__(self): super(LeNet, self).__init__() # 第一层神经网络,包括卷积层、线性激活函数、池化层 self.conv1 = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 32, 5, 1, 2), # input_size=(3*256*256),padding=2 nn.ReLU(), # input_size=(32*256*256) nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2), # output_size=(32*128*128) ) # 第二层神经网络,包括卷积层、线性激活函数、池化层 self.conv2 = nn.Sequential( nn.Conv2d(32, 64, 5, 1, 2), # input_size=(32*128*128) nn.ReLU(), # input_size=(64*128*128) nn.MaxPool2d(2, 2) # output_size=(64*64*64) ) # 全连接层(将神经网络的神经元的多维输出转化为一维) self.fc1 = nn.Sequential( nn.Linear(64 * 64 * 64, 128), # 进行线性变换 nn.ReLU() # 进行ReLu激活 ) # 输出层(将全连接层的一维输出进行处理) self.fc2 = nn.Sequential( nn.Linear(128, 84), nn.ReLU() ) # 将输出层的数据进行分类(输出预测值) self.fc3 = nn.Linear(84, 62) # 定义前向传播过程,输入为x def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.conv2(x) # nn.Linear()的输入输出都是维度为一的值,所以要把多维度的tensor展平成一维 x = x.view(x.size()[0], -1) x = self.fc1(x) x = self.fc2(x) x = self.fc3(x) return x
特征图的提取
直接上代码:
class FeatureExtractor(nn.Module): def __init__(self, submodule, extracted_layers): super(FeatureExtractor, self).__init__() self.submodule = submodule self.extracted_layers = extracted_layers def forward(self, x): outputs = [] for name, module in self.submodule._modules.items(): # 目前不展示全连接层 if "fc" in name: x = x.view(x.size(0), -1) print(module) x = module(x) print(name) if name in self.extracted_layers: outputs.append(x) return outputs
可视化展示
可视化展示使用matplotlib
代码如下:
# 特征输出可视化 for i in range(32): ax = plt.subplot(6, 6, i + 1) ax.set_title('Feature {}'.format(i)) ax.axis('off') plt.imshow(x[0].data.numpy()[0,i,:,:],cmap='jet') plt.plot()
完整代码
在此贴上完整代码
import osimport torchimport torchvision as tvimport torchvision.transforms as transformsimport torch.nn as nnimport torch.optim as optimimport argparseimport skimage.dataimport skimage.ioimport skimage.transformimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 定义是否使用GPUdevice = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")# Load training and testing datasets.pic_dir = './picture/3.jpg'# 定义数据预处理方式(将输入的类似numpy中arrary形式的数据转化为pytorch中的张量(tensor))transform = transforms.ToTensor()def get_picture(picture_dir, transform): ''' 该算法实现了读取图片,并将其类型转化为Tensor ''' img = skimage.io.imread(picture_dir) img256 = skimage.transform.resize(img, (256, 256)) img256 = np.asarray(img256) img256 = img256.astype(np.float32) return transform(img256)def get_picture_rgb(picture_dir): ''' 该函数实现了显示图片的RGB三通道颜色 ''' img = skimage.io.imread(picture_dir) img256 = skimage.transform.resize(img, (256, 256)) skimage.io.imsave('./picture/4.jpg',img256) # 取单一通道值显示 # for i in range(3): # img = img256[:,:,i] # ax = plt.subplot(1, 3, i + 1) # ax.set_title('Feature {}'.format(i)) # ax.axis('off') # plt.imshow(img) # r = img256.copy() # r[:,:,0:2]=0 # ax = plt.subplot(1, 4, 1) # ax.set_title('B Channel') # # ax.axis('off') # plt.imshow(r) # g = img256.copy() # g[:,:,0]=0 # g[:,:,2]=0 # ax = plt.subplot(1, 4, 2) # ax.set_title('G Channel') # # ax.axis('off') # plt.imshow(g) # b = img256.copy() # b[:,:,1:3]=0 # ax = plt.subplot(1, 4, 3) # ax.set_title('R Channel') # # ax.axis('off') # plt.imshow(b) # img = img256.copy() # ax = plt.subplot(1, 4, 4) # ax.set_title('image') # # ax.axis('off') # plt.imshow(img) img = img256.copy() ax = plt.subplot() ax.set_title('image') # ax.axis('off') plt.imshow(img) plt.show()class LeNet(nn.Module): ''' 该类继承了torch.nn.Modul类 构建LeNet神经网络模型 ''' def __init__(self): super(LeNet, self).__init__() # 第一层神经网络,包括卷积层、线性激活函数、池化层 self.conv1 = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 32, 5, 1, 2), # input_size=(3*256*256),padding=2 nn.ReLU(), # input_size=(32*256*256) nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2), # output_size=(32*128*128) ) # 第二层神经网络,包括卷积层、线性激活函数、池化层 self.conv2 = nn.Sequential( nn.Conv2d(32, 64, 5, 1, 2), # input_size=(32*128*128) nn.ReLU(), # input_size=(64*128*128) nn.MaxPool2d(2, 2) # output_size=(64*64*64) ) # 全连接层(将神经网络的神经元的多维输出转化为一维) self.fc1 = nn.Sequential( nn.Linear(64 * 64 * 64, 128), # 进行线性变换 nn.ReLU() # 进行ReLu激活 ) # 输出层(将全连接层的一维输出进行处理) self.fc2 = nn.Sequential( nn.Linear(128, 84), nn.ReLU() ) # 将输出层的数据进行分类(输出预测值) self.fc3 = nn.Linear(84, 62) # 定义前向传播过程,输入为x def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.conv2(x) # nn.Linear()的输入输出都是维度为一的值,所以要把多维度的tensor展平成一维 x = x.view(x.size()[0], -1) x = self.fc1(x) x = self.fc2(x) x = self.fc3(x) return x# 中间特征提取class FeatureExtractor(nn.Module): def __init__(self, submodule, extracted_layers): super(FeatureExtractor, self).__init__() self.submodule = submodule self.extracted_layers = extracted_layers def forward(self, x): outputs = [] print(self.submodule._modules.items()) for name, module in self.submodule._modules.items(): if "fc" in name: print(name) x = x.view(x.size(0), -1) print(module) x = module(x) print(name) if name in self.extracted_layers: outputs.append(x) return outputsdef get_feature(): # 输入数据 img = get_picture(pic_dir, transform) # 插入维度 img = img.unsqueeze(0) img = img.to(device) # 特征输出 net = LeNet().to(device) # net.load_state_dict(torch.load('./model/net_050.pth')) exact_list = ["conv1","conv2"] myexactor = FeatureExtractor(net, exact_list) x = myexactor(img) # 特征输出可视化 for i in range(32): ax = plt.subplot(6, 6, i + 1) ax.set_title('Feature {}'.format(i)) ax.axis('off') plt.imshow(x[0].data.numpy()[0,i,:,:],cmap='jet') plt.show()# 训练if __name__ == "__main__": get_picture_rgb(pic_dir) # get_feature()
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神经
网络
输出
神经网络
特征
图片
卷积
输入
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激活
线性
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可视化
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形式
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