在Pytorch中自定义dataset读取数据

这里使用的是经典的花分类数据集

下载地址：https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz

下载结束后进行解压，可以得到五种不同种类花的图片，如上图所示

主函数 main

def main():
    device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    print("using {} device.".format(device))

    train_images_path, train_images_label, val_images_path, val_images_label = read_split_data(root)

    data_transform = {
        "train": transforms.Compose([transforms.RandomResizedCrop(224),
                                     transforms.RandomHorizontalFlip(),
                                     transforms.ToTensor(),
                                     transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])]),
        "val": transforms.Compose([transforms.Resize(256),
                                   transforms.CenterCrop(224),
                                   transforms.ToTensor(),
                                   transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])])}

    train_data_set = MyDataSet(images_path=train_images_path,
                               images_class=train_images_label,
                               transform=data_transform["train"])

    batch_size = 8
    nw = min([os.cpu_count(), batch_size if batch_size > 1 else 0, 8])  # number of workers
    print('Using {} dataloader workers'.format(nw))
    train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_data_set,
                                               batch_size=batch_size,
                                               shuffle=True,
                                               num_workers=nw,
                                               collate_fn=train_data_set.collate_fn)

    # plot_data_loader_image(train_loader)

    for step, data in enumerate(train_loader):
        images, labels = data

其中，

train_images_path, train_images_label, val_images_path, val_images_label? = read_split_data ( root )

传入参数 root（就是该数据集所在的路径），没有传入参数val_rate就取其默认值0.2( 即验证集占整个数据集的 20% )， 调用函数 read_split_data

def read_split_data(root: str, val_rate: float = 0.2):
    random.seed(0)  # 保证随机结果可复现
    assert os.path.exists(root), "dataset root: {} does not exist.".format(root)

    # 遍历文件夹，一个文件夹对应一个类别
    flower_class = [cla for cla in os.listdir(root) if os.path.isdir(os.path.join(root, cla))]
    # 排序，保证顺序一致
    flower_class.sort()
    # 生成类别名称以及对应的数字索引
    class_indices = dict((k, v) for v, k in enumerate(flower_class))
    json_str = json.dumps(dict((val, key) for key, val in class_indices.items()), indent=4)
    with open('class_indices.json', 'w') as json_file:
        json_file.write(json_str)

    train_images_path = []  # 存储训练集的所有图片路径
    train_images_label = []  # 存储训练集图片对应索引信息
    val_images_path = []  # 存储验证集的所有图片路径
    val_images_label = []  # 存储验证集图片对应索引信息
    every_class_num = []  # 存储每个类别的样本总数
    supported = [".jpg", ".JPG", ".png", ".PNG"]  # 支持的文件后缀类型
    # 遍历每个文件夹下的文件
    for cla in flower_class:
        cla_path = os.path.join(root, cla)
        # 遍历获取supported支持的所有文件路径
        images = [os.path.join(root, cla, i) for i in os.listdir(cla_path)
                  if os.path.splitext(i)[-1] in supported]
        # 获取该类别对应的索引
        image_class = class_indices[cla]
        # 记录该类别的样本数量
        every_class_num.append(len(images))
        # 按比例随机采样验证样本
        val_path = random.sample(images, k=int(len(images) * val_rate))

        for img_path in images:
            if img_path in val_path:  # 如果该路径在采样的验证集样本中则存入验证集
                val_images_path.append(img_path)
                val_images_label.append(image_class)
            else:  # 否则存入训练集
                train_images_path.append(img_path)
                train_images_label.append(image_class)

    print("{} images were found in the dataset.".format(sum(every_class_num)))
    print("{} images for training.".format(len(train_images_path)))
    print("{} images for validation.".format(len(val_images_path)))

    plot_image = False
    if plot_image:
        # 绘制每种类别个数柱状图
        plt.bar(range(len(flower_class)), every_class_num, align='center')
        # 将横坐标0,1,2,3,4替换为相应的类别名称
        plt.xticks(range(len(flower_class)), flower_class)
        # 在柱状图上添加数值标签
        for i, v in enumerate(every_class_num):
            plt.text(x=i, y=v + 5, s=str(v), ha='center')
        # 设置x坐标
        plt.xlabel('image class')
        # 设置y坐标
        plt.ylabel('number of images')
        # 设置柱状图的标题
        plt.title('flower class distribution')
        plt.show()

    return train_images_path, train_images_label, val_images_path, val_images_label

运行上述代码, 得到 class_indices.json 文件，该文件存储了类别名称以及每个类别对应的索引

设置变量 plot_image 为True，可以将每个类别的样本数以柱状图的形式可视化出来

函数 read_split_data 执行结束后，返回四个列表? ： train_images_path 、train_images_label 、val_images_path 和 val_images_label，分别表示训练集的图像和标签路径以及验证集的图像和标签路径，对数据集完成了训练集和验证集的划分！

然后对训练集和验证集中的数据进行数据预处理，比如裁剪、翻转、归一化等等操作

接下来，重点来了！

train_data_set = MyDataSet(images_path=train_images_path,
                           images_class=train_images_label,
                           transform=data_transform["train"])

传入训练集图像的路径列表、标签列表以及数据预处理的方法，对类 MyDataSet 进行初始化，得到类 MyDataSet 的实例对象 train_data_set

MyDataSet 是一个自定义的数据类，代码如下：

from PIL import Image
import torch
from torch.utils.data import Dataset


class MyDataSet(Dataset):
    """自定义数据集"""

    def __init__(self, images_path: list, images_class: list, transform=None):
        self.images_path = images_path
        self.images_class = images_class
        self.transform = transform

    def __len__(self):
        return len(self.images_path)

    def __getitem__(self, item):
        img = Image.open(self.images_path[item])
        # RGB为彩色图片，L为灰度图片
        if img.mode != 'RGB':
            raise ValueError("image: {} isn't RGB mode.".format(self.images_path[item]))
        label = self.images_class[item]

        if self.transform is not None:
            img = self.transform(img)

        return img, label

    @staticmethod
    def collate_fn(batch):
        # 官方实现的default_collate可以参考
        # https://github.com/pytorch/pytorch/blob/67b7e751e6b5931a9f45274653f4f653a4e6cdf6/torch/utils/data/_utils/collate.py
        images, labels = tuple(zip(*batch))

        images = torch.stack(images, dim=0)
        labels = torch.as_tensor(labels)
        return images, labels

该类继承类Dataset，主要实现初始化函数__init__( )、计算数据集中样本数量的函数__len__( )、根据索引返回相应的图片和标签的函数__getitem__( ) 以及 collate_fn( ) 函数

我想要重点阐述一下关于函数 collate_fn( ) 函数的作用

collate_fn( ) 函数决定了如何将数据进行打包处理

@staticmethod
def collate_fn(batch):
    # 官方实现的default_collate可以参考
    # https://github.com/pytorch/pytorch/blob/67b7e751e6b5931a9f45274653f4f653a4e6cdf6/torch/utils/data/_utils/collate.py
    images, labels = tuple(zip(*batch))
    images = torch.stack(images, dim=0)
    labels = torch.as_tensor(labels)
    return images, labels

传入函数的参数 batch 是由 (images,labels) 组成的一个个的元组

如果在此处设置batch_size的值为8，那么这个函数就从数据集中获取8张图片以及这8张图片所对应的标签

可以设置断点来看一下：

因为 batch_size 取 8，所以可以看到 batch 是一个长度为8的列表，列表是由8个元组元素组成的，每个元组是由图像和其所对应的标签组成的

最后，通过 DataLoader 从实例化对象 train_data_set 中加载数据，打包成一个一个 batch 送入网络中进行训练

train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_data_set,
                                           batch_size=batch_size,
                                           shuffle=True,
                                           num_workers=nw,
                                           collate_fn=train_data_set.collate_fn)

这样就可以得到用于加载训练数据的数据加载器 train_loader

可以将 数据加载器 train_loader 传给函数，通过调用函数 plot_data_loader_image 后

plot_data_loader_image(train_loader)

这样就能可视化出数据加载器? train_loader 中的内容，如图所示（此处需要将 num_workers 设置为0）

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