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基于pytorch平台,利用MNIST数据集,选择一个典型卷积模型,构建LeNet卷积模型,以分类的准确度和混淆矩阵为衡量指标,分析两个模型的分类精度。

时间: 2024-06-09 12:12:13 浏览: 152
好的,我了解了你的问题。首先,LeNet是一种最早的卷积神经网络结构,适用于手写字符识别等计算机视觉任务。在此基础上,我们可以使用MNIST数据集来训练LeNet模型,并将其与PyTorch中的其他卷积模型进行比较。 首先,我们需要导入必要的库和数据集。这里我们使用PyTorch自带的MNIST数据集。 ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torchvision.datasets as datasets import torchvision.transforms as transforms # 定义训练和测试数据集 train_dataset = datasets.MNIST(root='data/', train=True, transform=transforms.ToTensor(), download=True) test_dataset = datasets.MNIST(root='data/', train=False, transform=transforms.ToTensor(), download=True) # 定义训练和测试数据集的数据加载器 train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=train_dataset, batch_size=64, shuffle=True) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset=test_dataset, batch_size=64, shuffle=False) ``` 接下来,我们可以定义LeNet模型。LeNet模型由两个卷积层和三个全连接层组成。在卷积层中,我们使用5x5的卷积核,并使用ReLU激活函数。在全连接层中,我们使用ReLU激活函数,并使用Dropout来减少过拟合。 ```python class LeNet(nn.Module): def __init__(self): super(LeNet, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, kernel_size=5) self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, kernel_size=5) self.fc1 = nn.Linear(16*4*4, 120) self.fc2 = nn.Linear(120, 84) self.fc3 = nn.Linear(84, 10) self.relu = nn.ReLU() self.pool = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2) self.dropout = nn.Dropout() def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.relu(x) x = self.pool(x) x = self.conv2(x) x = self.relu(x) x = self.pool(x) x = x.view(-1, 16*4*4) x = self.dropout(x) x = self.fc1(x) x = self.relu(x) x = self.dropout(x) x = self.fc2(x) x = self.relu(x) x = self.fc3(x) return x ``` 接下来,我们可以定义训练和测试函数。在训练函数中,我们使用交叉熵损失函数和Adam优化器来训练模型。在测试函数中,我们计算模型的分类准确度和混淆矩阵。 ```python def train(model, loader, criterion, optimizer, device): model.train() train_loss = 0 train_correct = 0 for batch_idx, (data, target) in enumerate(loader): data, target = data.to(device), target.to(device) optimizer.zero_grad() output = model(data) loss = criterion(output, target) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() * data.size(0) _, pred = torch.max(output, 1) train_correct += (pred == target).sum().item() train_loss /= len(loader.dataset) train_acc = train_correct / len(loader.dataset) return train_loss, train_acc def test(model, loader, criterion, device): model.eval() test_loss = 0 test_correct = 0 confusion_matrix = torch.zeros(10, 10) with torch.no_grad(): for data, target in loader: data, target = data.to(device), target.to(device) output = model(data) test_loss += criterion(output, target).item() * data.size(0) _, pred = torch.max(output, 1) test_correct += (pred == target).sum().item() for t, p in zip(target.view(-1), pred.view(-1)): confusion_matrix[t.long(), p.long()] += 1 test_loss /= len(loader.dataset) test_acc = test_correct / len(loader.dataset) return test_loss, test_acc, confusion_matrix ``` 最后,我们可以定义主函数来训练和测试模型。 ```python def main(): device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') model = LeNet().to(device) criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) for epoch in range(10): train_loss, train_acc = train(model, train_loader, criterion, optimizer, device) test_loss, test_acc, confusion_matrix = test(model, test_loader, criterion, device) print('Epoch {}, Train Loss: {:.4f}, Train Acc: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}, Test Acc: {:.4f}'.format(epoch+1, train_loss, train_acc, test_loss, test_acc)) print(confusion_matrix) ``` 运行主函数,即可训练和测试LeNet模型,并得到分类准确度和混淆矩阵的结果。 ```python if __name__ == '__main__': main() ``` 参考文献: 1. LeCun, Y., Bottou, L., Bengio, Y., & Haffner, P. (1998). Gradient-based learning applied to document recognition. Proceedings of the IEEE, 86(11), 2278-2324. 2. PyTorch官方文档:https://pytorch.org/docs/stable/index.html
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