caffe的python插口之手写数字识别mnist案例

　　文中主要是给大家介绍了caffe的python插口之手写数字识别mnist案例详细说明，感兴趣的小伙伴可以参考借鉴一下，希望可以有一定的帮助，祝愿大家多多的发展，尽早涨薪

　　论文引言

　　机器学习第一个案例一般都是是mnist，只需这个案例彻底搞懂了，其他的便是触类旁通的事了。因为字数缘故，文中不简单介绍环境变量里边每一个指标的具体函义，如果要搞明白的，请参考我之前的微博文章：

　　数据访问层及主要参数

　　视觉效果层及主要参数

　　solver环境变量及主要参数

　　一、数据准备

　　官方网站给予的mnist数据信息并不是图片，但是我们之后做出来的具体新项目很有可能是图像。所以有的人并不知如何是好。在这里我们将mnist信息进行了转换，成了1张张的图片，大伙儿训练先从照片逐渐。mnist图片数据信息我放到了百度云。

　　mnist图片数据信息立即下载

　　数据信息划分成测试集（60000张共10类）和测试集（共10000张10类），每一个类型放到一个独立的文件夹里。并将所有的图片，都形成了txt目录明细（train.txt和test.txt)。大伙儿直接下载后，立即缓解压力到用户状态目录下就行了。因为我是在windows下压缩成的，所以是winrar文件。如果你们需在linux下压缩包解压，必须安装rar的linux版本，也是非常简易

</>复制代码 
　　sudo apt-get install rar

　　二、导入caffe库，并设定文件路径

　　我是将mnist直接放在根目录下的，所以代码如下：

</>复制代码 
　　#-*-coding:utf-8-*-
　　import caffe
　　from caffe import layers as L,params as P,proto,to_proto
　　#设定文件的保存路径
　　root='/home/xxx/'#根目录
　　train_list=root+'mnist/train/train.txt'#训练图片列表
　　test_list=root+'mnist/test/test.txt'#测试图片列表
　　train_proto=root+'mnist/train.prototxt'#训练配置文件
　　test_proto=root+'mnist/test.prototxt'#测试配置文件
　　solver_proto=root+'mnist/solver.prototxt'#参数文件

　　其中train.txt和test.txt文件已经有了，其它三个文件，我们需要自己编写。

　　此处注意：一般caffe程序都是先将图片转换成lmdb文件，但这样做有点麻烦。因此我就不转换了，我直接用原始图片进行操作，所不同的就是直接用图片操作，均值很难计算，因此可以不减均值。

　　二、生成配置文件

　　配置文件实际上就是一些txt文档，只是后缀名是prototxt，我们可以直接到编辑器里编写，也可以用代码生成。此处，我用python来生成。

</>复制代码 
　　#编写一个函数，生成配置文件prototxt
　　def Lenet(img_list,batch_size,include_acc=False):
　　#第一层，数据输入层，以ImageData格式输入
　　data,label=L.ImageData(source=img_list,batch_size=batch_size,ntop=2,root_folder=root,
　　transform_param=dict(scale=0.00390625))
　　#第二层：卷积层
　　conv1=L.Convolution(data,kernel_size=5,stride=1,num_output=20,pad=0,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#池化层
　　pool1=L.Pooling(conv1,pool=P.Pooling.MAX,kernel_size=2,stride=2)
　　#卷积层
　　conv2=L.Convolution(pool1,kernel_size=5,stride=1,num_output=50,pad=0,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#池化层
　　pool2=L.Pooling(conv2,pool=P.Pooling.MAX,kernel_size=2,stride=2)
　　#全连接层
　　fc3=L.InnerProduct(pool2,num_output=500,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#激活函数层
　　relu3=L.ReLU(fc3,in_place=True)
　　#全连接层
　　fc4=L.InnerProduct(relu3,num_output=10,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#softmax层
　　loss=L.SoftmaxWithLoss(fc4,label)
　　if include_acc:#test阶段需要有accuracy层
　　acc=L.Accuracy(fc4,label)
　　return to_proto(loss,acc)
　　else:
　　return to_proto(loss)
　　def write_net():
　　#写入train.prototxt
　　with open(train_proto,'w')as f:
　　f.write(str(Lenet(train_list,batch_size=64)))
　　#写入test.prototxt
　　with open(test_proto,'w')as f:
　　f.write(str(Lenet(test_list,batch_size=100,include_acc=True)))

　　配置文件里面存放的，就是我们所说的network。我这里生成的network，可能和原始的Lenet不太一样，不过影响不大。

　　三、生成参数文件solver

　　同样，可以在编辑器里面直接书写，也可以用代码生成。

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　　#编写一个函数，生成参数文件
　　def gen_solver(solver_file,train_net,test_net):
　　s=proto.caffe_pb2.SolverParameter()
　　s.train_net=train_net
　　s.test_net.append(test_net)
　　s.test_interval=938#60000/64，测试间隔参数：训练完一次所有的图片，进行一次测试
　　s.test_iter.append(100)#10000/100测试迭代次数，需要迭代100次，才完成一次所有数据的测试
　　s.max_iter=9380#10 epochs,938*10，最大训练次数
　　s.base_lr=0.01#基础学习率
　　s.momentum=0.9#动量
　　s.weight_decay=5e-4#权值衰减项
　　s.lr_policy='step'#学习率变化规则
　　s.stepsize=3000#学习率变化频率
　　s.gamma=0.1#学习率变化指数
　　s.display=20#屏幕显示间隔
　　s.snapshot=938#保存caffemodel的间隔
　　s.snapshot_prefix=root+'mnist/lenet'#caffemodel前缀
　　s.type='SGD'#优化算法
　　s.solver_mode=proto.caffe_pb2.SolverParameter.GPU#加速
　　#写入solver.prototxt
　　with open(solver_file,'w')as f:
　　f.write(str(s))
　　四、开始训练模型
　　训练过程中，也在不停的测试。
　　#开始训练
　　def training(solver_proto):
　　caffe.set_device(0)
　　caffe.set_mode_gpu()
　　solver=caffe.SGDSolver(solver_proto)
　　solver.solve()
　　最后，调用以上的函数就可以了。
　　if __name__=='__main__':
　　write_net()
　　gen_solver(solver_proto,train_proto,test_proto)
　　training(solver_proto)

　　五、完成的python文件

</>复制代码 
　　mnist.py
　　#-*-coding:utf-8-*-
　　import caffe
　　from caffe import layers as L,params as P,proto,to_proto
　　#设定文件的保存路径
　　root='/home/xxx/'#根目录
　　train_list=root+'mnist/train/train.txt'#训练图片列表
　　test_list=root+'mnist/test/test.txt'#测试图片列表
　　train_proto=root+'mnist/train.prototxt'#训练配置文件
　　test_proto=root+'mnist/test.prototxt'#测试配置文件
　　solver_proto=root+'mnist/solver.prototxt'#参数文件
　　#编写一个函数，生成配置文件prototxt
　　def Lenet(img_list,batch_size,include_acc=False):
　　#第一层，数据输入层，以ImageData格式输入
　　data,label=L.ImageData(source=img_list,batch_size=batch_size,ntop=2,root_folder=root,
　　transform_param=dict(scale=0.00390625))
　　#第二层：卷积层
　　conv1=L.Convolution(data,kernel_size=5,stride=1,num_output=20,pad=0,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#池化层
　　pool1=L.Pooling(conv1,pool=P.Pooling.MAX,kernel_size=2,stride=2)
　　#卷积层
　　conv2=L.Convolution(pool1,kernel_size=5,stride=1,num_output=50,pad=0,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#池化层
　　pool2=L.Pooling(conv2,pool=P.Pooling.MAX,kernel_size=2,stride=2)
　　#全连接层
　　fc3=L.InnerProduct(pool2,num_output=500,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#激活函数层
　　relu3=L.ReLU(fc3,in_place=True)
　　#全连接层
　　fc4=L.InnerProduct(relu3,num_output=10,weight_filler=dict(type='xavier'))
　　#softmax层
　　loss=L.SoftmaxWithLoss(fc4,label)
　　if include_acc:#test阶段需要有accuracy层
　　acc=L.Accuracy(fc4,label)
　　return to_proto(loss,acc)
　　else:
　　return to_proto(loss)
　　def write_net():
　　#写入train.prototxt
　　with open(train_proto,'w')as f:
　　f.write(str(Lenet(train_list,batch_size=64)))
　　#写入test.prototxt
　　with open(test_proto,'w')as f:
　　f.write(str(Lenet(test_list,batch_size=100,include_acc=True)))
　　#编写一个函数，生成参数文件
　　def gen_solver(solver_file,train_net,test_net):
　　s=proto.caffe_pb2.SolverParameter()
　　s.train_net=train_net
　　s.test_net.append(test_net)
　　s.test_interval=938#60000/64，测试间隔参数：训练完一次所有的图片，进行一次测试
　　s.test_iter.append(500)#50000/100测试迭代次数，需要迭代500次，才完成一次所有数据的测试
　　s.max_iter=9380#10 epochs,938*10，最大训练次数
　　s.base_lr=0.01#基础学习率
　　s.momentum=0.9#动量
　　s.weight_decay=5e-4#权值衰减项
　　s.lr_policy='step'#学习率变化规则
　　s.stepsize=3000#学习率变化频率
　　s.gamma=0.1#学习率变化指数
　　s.display=20#屏幕显示间隔
　　s.snapshot=938#保存caffemodel的间隔
　　s.snapshot_prefix=root+'mnist/lenet'#caffemodel前缀
　　s.type='SGD'#优化算法
　　s.solver_mode=proto.caffe_pb2.SolverParameter.GPU#加速
　　#写入solver.prototxt
　　with open(solver_file,'w')as f:
　　f.write(str(s))
　　#开始训练
　　def training(solver_proto):
　　caffe.set_device(0)
　　caffe.set_mode_gpu()
　　solver=caffe.SGDSolver(solver_proto)
　　solver.solve()
　　#
　　if __name__=='__main__':
　　write_net()
　　gen_solver(solver_proto,train_proto,test_proto)
　　training(solver_proto)
　　我将此文件放在根目录下的mnist文件夹下，因此可用以下代码执行
　　sudo python mnist/mnist.py

　　综上所述，这篇文章就给大家介绍到这里了，希望可以给大家带来帮助。