Pytorch Resnet CNN 仅在测试数据包含所有类别时有效

希望能得到帮助解决一个奇怪的CNN训练问题。

我正在训练一个Resnet分类器来预测来自约10k图像数据集的4个类别的图像。代码非常简单。这是Resnet/CNN设置部分:

############################################### LOAD RESNET ################################################device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available()                                   else "cpu")model = models.resnet50(pretrained=True)# for param in model.parameters():    param.requires_grad = False    # model.fc = nn.Sequential(nn.Linear(2048, 512),                                 nn.ReLU(),                                 #nn.Dropout(0.2),                                 nn.Linear(512, 10),                                 nn.LogSoftmax(dim=1))# criterion = nn.NLLLoss()# optimizer = optim.Adam(model.fc.parameters(), lr=0.003)# move model to gpumodel.to(device) 

这是训练阶段(它将数据分批处理为500张图像并打乱测试数据集)以及一些经过几个epoch后的准确率结果:

   trainloader, testloader, n_batches = make_trainloader(all_data,                                                           vals,                                                           batch_size=500,                                                          randomize=True)    ...    for inputs, labels in trainloader:        ...        inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device)                ...        # PREDICT;        outputs = model(inputs)...epoch #:  12Loss: 0.1689 Acc: 0.9400labels:       tensor([0, 0, 1, 0, 3, 0, 0, 2, 1, 2], device='cuda:0')predictions:  tensor([0, 0, 1, 0, 3, 0, 0, 2, 1, 2], device='cuda:0') 

奇怪的是,我似乎无法对单张图像进行良好的预测,只能在大批量混合类别的数据上进行预测。例如,如果我提供来自类别1的500张图像,预测结果是随机的,但如果我提供来自4个类别的混合的500张图像(就像训练期间一样),预测结果非常好(就像训练期间一样)。

似乎我对如何在单张图像上使用Resnet分类器感到困惑,尽管它似乎确实学会了预测输入数据的各个标签(见上面的标签和预测输出)。或者我的分类器不是在学习单张图像,而是在学习图像组,我不确定。

任何帮助或指导都将不胜感激(我可以提供更多代码,但不想让消息太长)。这是预测代码:

# Predictrandomize = False# load data from aboveinputs = test_data[:2000]vals_inputs = test_vals[:2000]print ("test data size: ", vals_inputs.shape)trainloader, testloader, n_batches = make_trainloader(inputs,                                                       vals_inputs,                                                       batch_size=500,                                                      randomize=randomize)for inputs, labels in trainloader:    # load to device    inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device)    # PREDICT;    outputs = model(inputs)    _, preds = torch.max(outputs, 1)    print ("prediction: ", preds[:10])    print ("labels: ", labels[:10])    ...test data size:  torch.Size([2000])prediction:  tensor([1, 1, 2, 1, 2, 3, 2, 3, 2, 3], device='cuda:0')labels:      tensor([0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], device='cuda:0')0 Loss: 3.2936 Acc: 0.1420prediction:  tensor([1, 3, 3, 3, 3, 1, 2, 1, 1, 2], device='cuda:0')labels:      tensor([1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1], device='cuda:0')0 Loss: 2.1462 Acc: 0.2780prediction:  tensor([3, 3, 1, 2, 0, 1, 2, 1, 3, 2], device='cuda:0')labels:      tensor([2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2], device='cuda:0')0 Loss: 2.1975 Acc: 0.2560

相比之下,当我简单地打乱数据时,准确率非常高:

# Predictrandomize = True...test data size:  torch.Size([2000])prediction:  tensor([0, 0, 3, 2, 0, 2, 0, 3, 0, 2], device='cuda:0')labels:      tensor([0, 0, 3, 2, 0, 2, 0, 3, 0, 2], device='cuda:0')0 Loss: 0.1500 Acc: 0.9580prediction:  tensor([0, 3, 3, 3, 0, 0, 3, 2, 3, 3], device='cuda:0')labels:      tensor([0, 2, 3, 0, 0, 0, 3, 2, 0, 3], device='cuda:0')0 Loss: 0.1714 Acc: 0.9340prediction:  tensor([3, 3, 2, 2, 3, 1, 3, 0, 2, 2], device='cuda:0')labels:      tensor([3, 3, 2, 2, 3, 1, 3, 0, 2, 2], device='cuda:0')0 Loss: 0.1655 Acc: 0.9400

回答:

在测试前需要调用model.eval()。(并在训练前通过调用model.train()将其改回)

在训练模式下,BatchNorm将通过均值和方差来标准化你的特征。你可以预期一个所有类别都是1的批次与一个混合类别的批次会有非常不同的统计数据。

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