T3周：天气识别

本文为365天深度学习训练营中的学习记录博客原作者学习目的采用CNN实现多云、下雨、晴、日出四种天气状态的识别一、 前期准备关于环境语言环境Python3.6编译器vsCode深度学习环境TensorFlow 2.6.21.数据导入import tensorflow as tf import os,PIL,pathlib import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from tensorflow import keras from tensorflow.keras import layers,modelsdata_dir D:/jupyter notebook/DL-100-days/datasets/weather_photos/ data_dir pathlib.Path(data_dir)2.查看数据数据集一共分为cloudy、rain、shine、sunrise四类分别存放于weather_photos文件夹中以各自名字命名的子文件夹中。image_count len(list(data_dir.glob(*/*.jpg))) print(图片总数为,image_count)运行结果roses list(data_dir.glob(sunrise/*.jpg)) PIL.Image.open(str(roses[0]))运行结果二、数据预处理1.加载数据使用image_dataset_from_directory方法将磁盘中的数据加载到tf.data.Dataset中batch_size 32 img_height 180 img_width 180img_height/width将图像统一缩放到 180×180 像素。 关于image_dataset_from_directory()的详细介绍可以参考文章https://mtyjkh.blog.csdn.net/article/details/117018789 train_ds tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory( data_dir, validation_split0.2, subsettraining, seed123, image_size(img_height, img_width), batch_sizebatch_size)运行结果 关于image_dataset_from_directory()的详细介绍可以参考文章https://mtyjkh.blog.csdn.net/article/details/117018789 val_ds tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory( data_dir, validation_split0.2, subsetvalidation, seed123, image_size(img_height, img_width), batch_sizebatch_size)运行结果通过class_names输出数据集的标签。标签将按字母顺序对应于目录名称。class_names train_ds.class_names print(class_names)运行结果2. 可视化数据plt.figure(figsize(20, 10)) for images, labels in train_ds.take(1): for i in range(20): ax plt.subplot(5, 10, i 1) plt.imshow(images[i].numpy().astype(uint8)) plt.title(class_names[labels[i]]) plt.axis(off)运行结果3. 再次检查数据for image_batch, labels_batch in train_ds: print(image_batch.shape) print(labels_batch.shape) break运行结果这是一批形状180x180x3的32张图片。Label_batch是形状32这些标签对应32张图片4. 配置数据集AUTOTUNE tf.data.AUTOTUNE train_ds train_ds.cache().shuffle(1000).prefetch(buffer_sizeAUTOTUNE) val_ds val_ds.cache().prefetch(buffer_sizeAUTOTUNE)三、构建CNN网络num_classes 4 关于卷积核的计算不懂的可以参考文章https://blog.csdn.net/qq_38251616/article/details/114278995 layers.Dropout(0.4) 作用是防止过拟合提高模型的泛化能力。 在上一篇文章花朵识别中训练准确率与验证准确率相差巨大就是由于模型过拟合导致的 关于Dropout层的更多介绍可以参考文章https://mtyjkh.blog.csdn.net/article/details/115826689 model models.Sequential([ layers.experimental.preprocessing.Rescaling(1./255, input_shape(img_height, img_width, 3)), layers.Conv2D(16, (3, 3), activationrelu, input_shape(img_height, img_width, 3)), # 卷积层1卷积核3*3 layers.AveragePooling2D((2, 2)), # 池化层12*2采样 layers.Conv2D(32, (3, 3), activationrelu), # 卷积层2卷积核3*3 layers.AveragePooling2D((2, 2)), # 池化层22*2采样 layers.Conv2D(64, (3, 3), activationrelu), # 卷积层3卷积核3*3 layers.Dropout(0.3), # 让神经元以一定的概率停止工作防止过拟合提高模型的泛化能力。 layers.Flatten(), # Flatten层连接卷积层与全连接层 layers.Dense(128, activationrelu), # 全连接层特征进一步提取 layers.Dense(num_classes) # 输出层输出预期结果 ]) model.summary() # 打印网络结构Rescaling将像素值从 [0, 255] 缩放到 [0, 1]有助于加快收敛。Dropout(0.3)随机丢弃 30% 的神经元防止过拟合运行结果四、编译# 设置优化器 opt tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate0.001) model.compile(optimizeropt, losstf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logitsTrue), metrics[accuracy])五、训练模型epochs 10 history model.fit( train_ds, validation_dataval_ds, epochsepochs )运行结果六、模型评估from datetime import datetime current_time datetime.now() # 获取当前时间 acc history.history[accuracy] val_acc history.history[val_accuracy] loss history.history[loss] val_loss history.history[val_loss] epochs_range range(epochs) plt.figure(figsize(12, 4)) plt.subplot(1, 2, 1) plt.plot(epochs_range, acc, labelTraining Accuracy) plt.plot(epochs_range, val_acc, labelValidation Accuracy) plt.legend(loclower right) plt.title(Training and Validation Accuracy) plt.xlabel(current_time) # 打卡请带上时间戳否则代码截图无效 plt.subplot(1, 2, 2) plt.plot(epochs_range, loss, labelTraining Loss) plt.plot(epochs_range, val_loss, labelValidation Loss) plt.legend(locupper right) plt.title(Training and Validation Loss) plt.show()运行结果七、总结本周学习中使用了image_dataset_from_directory实现高效的数据加载并结合.cache()、.prefetch()等机制优化了数据流水线的读取性能其次在建模中加入了dropout层防止过拟合。