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大家好

我們今天來講一講如何

用Matlab做一個新的遷移學(xué)習(xí)

您可能需要的基礎(chǔ)知識

Matlab編程Deep learning的基礎(chǔ)知識

一、什么是遷移學(xué)習(xí)？

以圖像識別為例。如果你想構(gòu)建一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，讓它能夠識別馬匹，但是手上又沒有任何公開的算法可以完成這項任務(wù)。這時，借助遷移學(xué)習(xí)，你可以從一個原本是用來識別其它動物的現(xiàn)成的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）入手，對其進行調(diào)整并訓(xùn)練它識別馬匹。

深度學(xué)習(xí)應(yīng)用中常常用到遷移學(xué)習(xí)?？梢圆捎妙A(yù)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)，基于它學(xué)習(xí)新任務(wù)。與使用隨機初始化的權(quán)重從頭訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)相比，通過遷移學(xué)習(xí)微調(diào)網(wǎng)絡(luò)要更快更簡單。我們可以使用較少數(shù)量的訓(xùn)練圖像快速地將已學(xué)習(xí)的特征遷移到新任務(wù)。

二、網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

加載數(shù)據(jù)

解壓縮新圖像并加載這些圖像作為圖像數(shù)據(jù)存儲。imageDatastore 根據(jù)文件夾名稱自動標(biāo)注圖像，并將數(shù)據(jù)存儲為 ImageDatastore 對象。通過圖像數(shù)據(jù)存儲可以存儲大圖像數(shù)據(jù)，包括無法放入內(nèi)存的數(shù)據(jù)，并在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程中高效分批讀取圖像。

unzip('MerchData.zip');imds = imageDatastore('MerchData', ...    'IncludeSubfolders',true, ...    'LabelSource','foldernames');

將數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和驗證數(shù)據(jù)集。將 70% 的圖像用于訓(xùn)練，30% 的圖像用于驗證。splitEachLabel 將 images 數(shù)據(jù)存儲拆分為兩個新的數(shù)據(jù)存儲。

[imdsTrain,imdsValidation] = splitEachLabel(imds,0.7,'randomized');

這個非常小的數(shù)據(jù)集現(xiàn)在包含 55 個訓(xùn)練圖像和 20 個驗證圖像。

numTrainImages = numel(imdsTrain.Labels);idx = randperm(numTrainImages,16);figurefor i = 1:16    subplot(4,4,i)    I = readimage(imdsTrain,idx(i));    imshow(I)end

加載預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

加載預(yù)訓(xùn)練的 AlexNet 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果未安裝 Deep Learning Toolbox? Model for AlexNet Network，則軟件會提供下載鏈接。AlexNet 已基于超過一百萬個圖像進行訓(xùn)練，可以將圖像分為 1000 個對象類別（例如鍵盤、鼠標(biāo)、鉛筆和多種動物）。因此，該模型已基于大量圖像學(xué)習(xí)了豐富的特征表示。

net = alexnet;

使用 analyzeNetwork 可以交互可視方式呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的詳細信息。

analyzeNetwork(net)

第一層（圖像輸入層）需要大小為 227×227×3 的輸入圖像

其中 3 是顏色通道數(shù)

inputSize = 1×3   227   227     3

三、網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

替換最終層

預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò) net 的最后三層針對 1000 個類進行配置。必須針對新分類問題微調(diào)這三個層。從預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中提取除最后三層之外的所有層。

layersTransfer = net.Layers(1:end-3);

通過將最后三層替換為全連接層、softmax 層和分類輸出層，將層遷移到新分類任務(wù)。根據(jù)新數(shù)據(jù)指定新的全連接層的選項。將全連接層設(shè)置為大小與新數(shù)據(jù)中的類數(shù)相同。要使新層中的學(xué)習(xí)速度快于遷移的層，請增大全連接層的 WeightLearnRateFactor 和 BiasLearnRateFactor 值。

numClasses = numel(categories(imdsTrain.Labels))numClasses = 5

layers = [    layersTransfer    fullyConnectedLayer(numClasses,'WeightLearnRateFactor',20,'BiasLearnRateFactor',20)    softmaxLayer    classificationLayer];

訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)要求輸入圖像的大小為 227×227×3，但圖像數(shù)據(jù)存儲中的圖像具有不同大小。使用增強的圖像數(shù)據(jù)存儲可自動調(diào)整訓(xùn)練圖像的大小。指定要對訓(xùn)練圖像額外執(zhí)行的增強操作：沿垂直軸隨機翻轉(zhuǎn)訓(xùn)練圖像，以及在水平和垂直方向上隨機平移訓(xùn)練圖像最多 30 個像素。數(shù)據(jù)增強有助于防止網(wǎng)絡(luò)過擬合和記憶訓(xùn)練圖像的具體細節(jié)。

pixelRange = [-30 30];imageAugmenter = imageDataAugmenter( ...    'RandXReflection',true, ...    'RandXTranslation',pixelRange, ...    'RandYTranslation',pixelRange);augimdsTrain = augmentedImageDatastore(inputSize(1:2),imdsTrain, ...    'DataAugmentation',imageAugmenter);

對驗證圖像進行分類

使用經(jīng)過微調(diào)的網(wǎng)絡(luò)對驗證圖像進行分類

[YPred,scores] = classify(netTransfer,augimdsValidation);

顯示四個示例驗證圖像及預(yù)測的標(biāo)簽。

idx = randperm(numel(imdsValidation.Files),4);figurefor i = 1:4    subplot(2,2,i)    I = readimage(imdsValidation,idx(i));    imshow(I)    label = YPred(idx(i));    title(string(label));end

計算針對驗證集的分類準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度是網(wǎng)絡(luò)預(yù)測正確的標(biāo)簽的比例

YValidation = imdsValidation.Labels;accuracy = mean(YPred == YValidation)

accuracy = 1

今天你學(xué)廢了嗎？？？

來源：渝西圖像練習(xí)生

End

聲明：部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，僅供讀者學(xué)術(shù)交流之目的，文章版權(quán)歸原作者所有。如有不妥，請聯(lián)系刪除。

【圖像識別】基于Matlab的遷移學(xué)習(xí)的圖像分類案例

加載數(shù)據(jù)

加載預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

替換最終層

訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

對驗證圖像進行分類