yolov8实战第四天——yolov8图像分类 && ResNet50图像分类（保姆式教程）

yolov8实战第一天——yolov8部署并训练自己的数据集（保姆式教程）_yolov8训练自己的数据集-CSDN博客在前几天，我们使用yolov8进行了部署，并在目标检测方向上进行自己数据集的训练与测试，今天我们训练下yolov8的图像分类，看看效果如何，同时使用resnet50也训练一个分类模型，看看哪个效果好！

图像分类是指将输入的图像自动分类为不同的类别。它是计算机视觉领域的一个重要应用，可以用于人脸识别、物体识别、场景分类等任务。

通常情况下，图像分类的流程如下：

1. 收集和准备数据集：收集与任务相关的图像数据，并将其打上标签。
2. 定义模型：选择一种适合于你的任务的深度学习模型，例如卷积神经网络（CNN）。
3. 训练模型：使用收集到的数据集对模型进行训练，通过反向传播算法来更新模型参数，使其可以根据输入图像进行正确的分类。
4. 评估模型性能：使用测试集对已经训练好的模型进行评估，比较模型预测结果与真实标签之间的差异，从而评估模型的性能。
5. 使用模型进行预测：使用已经训练好的模型对新的图像进行分类预测。

在实际应用中，可以使用各种深度学习框架（例如 TensorFlow、PyTorch、Keras 等）来构建图像分类模型，并使用各种数据增强技术（例如旋转、缩放、裁剪等）来增加数据集的多样性和数量。

如果你想学习如何使用深度学习框架来构建图像分类模型，可以参考一些在线教程、书籍或者 MOOC。

一、yolov8图像分类

1.模型选型

下载yolov8分类模型。

分别使用模型进行测试：

yolov8n-cls效果：

yolov8m-cls效果：

总结：n效果不咋地，还是得使用m进行后续训练工作。 

2.数据集准备

皮肤癌检测_数据集-飞桨AI Studio星河社区

同目标检测，还是放在datasets下。

直接改成这个，省去分数据集操作。 

 3.训练

yolo classify train data=./datasets/skin-cancer-detection model=yolov8n-cls.pt epochs=100

测试：

yolo classify predict model=runs/classify/train4/weights/best.pt source='./datasets/skin-cancer-detection/train/nevus'

  

label： 

 pred：

总结：数据集比较小，yolov8效果不太好。

二、resnet50图像分类

Resnet50 网络中包含了 49 个卷积层、一个全连接层。如图下图所示，Resnet50网络结构可以分成七个部分，第一部分不包含残差块，主要对输入进行卷积、正则化、激活函数、最大池化的计算。第二、三、四、五部分结构都包含了残差块，图 中的绿色图块不会改变残差块的尺寸，只用于改变残差块的维度。在 Resnet50 网 络 结 构 中 ， 残 差 块 都 有 三 层 卷 积 ， 那 网 络 总 共 有1+3×（3+4+6+3）=49个卷积层，加上最后的全连接层总共是 50 层，这也是Resnet50 名称的由来。网络的输入为 224×224×3，经过前五部分的卷积计算，输出为 7×7×2048，池化层会将其转化成一个特征向量，最后分类器会对这个特征向量进行计算并输出类别概率。

运行train.py即可。

train.py

import torch
from torchvision import datasets, models, transforms
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torch.utils.data import DataLoader
import time
 
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import os
from tqdm import tqdm
 
 
# 一、建立数据集
# animals-6
#   --train
#       |--dog
#       |--cat
#       ...
#   --valid
#       |--dog
#       |--cat
#       ...
#   --test
#       |--dog
#       |--cat
#       ...
# 我的数据集中 train 中每个类别60张图片，valid 中每个类别 10 张图片，test 中每个类别几张到几十张不等，一共 6 个类别。
 
# 二、数据增强
# 建好的数据集在输入网络之前先进行数据增强，包括随机 resize 裁剪到 256 x 256，随机旋转，随机水平翻转，中心裁剪到 224 x 224，转化成 Tensor，正规化等。
image_transforms = {
    'train': transforms.Compose([
        transforms.RandomResizedCrop(size=256, scale=(0.8, 1.0)),
        transforms.RandomRotation(degrees=15),
        transforms.RandomHorizontalFlip(),
        transforms.CenterCrop(size=224),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406],
                             [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
    'valid': transforms.Compose([
        transforms.Resize(size=256),
        transforms.CenterCrop(size=224),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406],
                             [0.229, 0.224, 0.225])
    ])
}
 
# 三、加载数据
# torchvision.transforms包DataLoader是 Pytorch 重要的特性，它们使得数据增加和加载数据变得非常简单。
# 使用 DataLoader 加载数据的时候就会将之前定义的数据 transform 就会应用的数据上了。
dataset = 'skin-cancer-detection'
train_directory = './skin-cancer-detection/train'
valid_directory = './skin-cancer-detection/val'
 
batch_size = 32
num_classes = 9 #分类种类数
print(train_directory)
data = {
    'train': datasets.ImageFolder(root=train_directory, transform=image_transforms['train']),
    'valid': datasets.ImageFolder(root=valid_directory, transform=image_transforms['valid'])
}
print("训练集图片类别及其对应编号(种类名：编号)：",data['train'].class_to_idx)
print("测试集图片类别及其对应编号：",data['valid'].class_to_idx)
 
 
train_data_size = len(data['train'])
valid_data_size = len(data['valid'])
 
train_data = DataLoader(data['train'], batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=0)
valid_data = DataLoader(data['valid'], batch_size=batch_size, shuffle=True, num_workers=0)
 
print("训练集图片数量：",train_data_size, "测试集图片数量：",valid_data_size)
 
# 四、迁移学习
# 这里使用ResNet-50的预训练模型。
#resnet50 = models.resnet50(pretrained=True)
resnet50 = models.resnet50(weights=models.ResNet50_Weights.IMAGENET1K_V1)
 
 
 
# 在PyTorch中加载模型时，所有参数的‘requires_grad’字段默认设置为true。这意味着对参数值的每一次更改都将被存储，以便在用于训练的反向传播图中使用。
# 这增加了内存需求。由于预训练的模型中的大多数参数已经训练好了，因此将requires_grad字段重置为false。
for param in resnet50.parameters():
    param.requires_grad = False
 
# 为了适应自己的数据集，将ResNet-50的最后一层替换为，将原来最后一个全连接层的输入喂给一个有256个输出单元的线性层，接着再连接ReLU层和Dropout层，然后是256 x 6的线性层，输出为6通道的softmax层。
fc_inputs = resnet50.fc.in_features
resnet50.fc = nn.Sequential(
    nn.Linear(fc_inputs, 256),
    nn.ReLU(),
    nn.Dropout(0.4),
    nn.Linear(256, num_classes),
    nn.LogSoftmax(dim=1)
)
 
# 用GPU进行训练。
resnet50 = resnet50.to('cuda:0')
 
# 定义损失函数和优化器。
loss_func = nn.NLLLoss()
optimizer = optim.Adam(resnet50.parameters())
 
# 五、训练
def train_and_valid(model, loss_function, optimizer, epochs=25):
    device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    history = []
    best_acc = 0.0
    best_epoch = 0
 
    for epoch in range(epochs):
        epoch_start = time.time()
        print("Epoch: {}/{}".format(epoch+1, epochs))
 
        model.train()
 
        train_loss = 0.0
        train_acc = 0.0
        valid_loss = 0.0
        valid_acc = 0.0
 
        for i, (inputs, labels) in enumerate(tqdm(train_data)):
            inputs = inputs.to(device)
            labels = labels.to(device)
 
            #因为这里梯度是累加的，所以每次记得清零
            optimizer.zero_grad()
            outputs = model(inputs)
            loss = loss_function(outputs, labels)
            print("标签值：",labels)
            print("输出值：",outputs)
            loss.backward()
            optimizer.step()
            train_loss += loss.item() * inputs.size(0)
            ret, predictions = torch.max(outputs.data, 1)
            correct_counts = predictions.eq(labels.data.view_as(predictions))
            acc = torch.mean(correct_counts.type(torch.FloatTensor))
            train_acc += acc.item() * inputs.size(0)
 
        with torch.no_grad():
            model.eval()
 
            for j, (inputs, labels) in enumerate(tqdm(valid_data)):
                inputs = inputs.to(device)
                labels = labels.to(device)
                outputs = model(inputs)
                loss = loss_function(outputs, labels)
                valid_loss += loss.item() * inputs.size(0)
                ret, predictions = torch.max(outputs.data, 1)
                correct_counts = predictions.eq(labels.data.view_as(predictions))
                acc = torch.mean(correct_counts.type(torch.FloatTensor))
                valid_acc += acc.item() * inputs.size(0)
 
        avg_train_loss = train_loss/train_data_size
        avg_train_acc = train_acc/train_data_size
 
        avg_valid_loss = valid_loss/valid_data_size
        avg_valid_acc = valid_acc/valid_data_size
 
        history.append([avg_train_loss, avg_valid_loss, avg_train_acc, avg_valid_acc])
 
        if best_acc < avg_valid_acc:
            best_acc = avg_valid_acc
            best_epoch = epoch + 1
 
        epoch_end = time.time()
 
        print("Epoch: {:03d}, Training: Loss: {:.4f}, Accuracy: {:.4f}%, \n\t\tValidation: Loss: {:.4f}, Accuracy: {:.4f}%, Time: {:.4f}s".format(
            epoch+1, avg_valid_loss, avg_train_acc*100, avg_valid_loss, avg_valid_acc*100, epoch_end-epoch_start
        ))
        print("Best Accuracy for validation : {:.4f} at epoch {:03d}".format(best_acc, best_epoch))
 
        torch.save(model, 'models/'+dataset+'_model_'+str(epoch+1)+'.pt')
    return model, history
 
num_epochs = 100 #训练周期数
trained_model, history = train_and_valid(resnet50, loss_func, optimizer, num_epochs)
torch.save(history, 'models/'+dataset+'_history.pt')
 
history = np.array(history)
plt.plot(history[:, 0:2])
plt.legend(['Tr Loss', 'Val Loss'])
plt.xlabel('Epoch Number')
plt.ylabel('Loss')
plt.ylim(0, 1)
plt.savefig(dataset+'_loss_curve.png')
plt.show()
 
plt.plot(history[:, 2:4])
plt.legend(['Tr Accuracy', 'Val Accuracy'])
plt.xlabel('Epoch Number')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.ylim(0, 1)
plt.savefig(dataset+'_accuracy_curve.png')
plt.show()

测试：图片名改下即可。

import torch
from torchvision import  models, transforms
import torch.nn as nn
import cv2
classes = ["1","2","3","4","5","6","7","8","9"] #识别种类名称（顺序要与训练时的数据导入编号顺序对应，可以使用datasets.ImageFolder().class_to_idx来查看）
 
transf = transforms.ToTensor()
device = torch.device('cuda:0')
num_classes = 2
model_path = "models/skin-cancer-detection_model_3.pt"
image_input = cv2.imread("ISIC_0000019.jpg")
image_input = transf(image_input)
image_input = torch.unsqueeze(image_input,dim=0).cuda()
#搭建模型
resnet50 = models.resnet50(pretrained=True)
for param in resnet50.parameters():
    param.requires_grad = False
 
fc_inputs = resnet50.fc.in_features
resnet50.fc = nn.Sequential(
    nn.Linear(fc_inputs, 256),
    nn.ReLU(),
    nn.Dropout(0.4),
    nn.Linear(256, num_classes),
    nn.LogSoftmax(dim=1)
)
resnet50 = torch.load(model_path)
 
outputs = resnet50(image_input)
value,id =torch.max(outputs,1)
print(outputs,"\n","结果是：",classes[id])