PyTorch потеря: 00000 я обучаю модель CRNN.

Вопрос или проблема

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import cv2
import os
import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
from torch.nn.utils.rnn import pad_sequence

class LicensePlateDataset(Dataset):
def init(self, image_folder, labels_file):
self.image_folder = image_folder
self.labels = []
self.char_to_index = {}
self.index_to_char = {}

    # Загрузка данных из текстового файла
    with open(labels_file, "r", encoding="utf-8") as f:
        for line in f:
            img_path, label = line.strip().split(maxsplit=1)  # Разделение на путь к изображению и метку
            self.labels.append((img_path, label))
            for char in label:  # Создание набора символов
                if char not in self.char_to_index:
                    index = len(self.char_to_index)
                    self.char_to_index[char] = index
                    self.index_to_char[index] = char

    self.num_classes = len(self.char_to_index) + 1  # +1 для пустой метки

def __len__(self):
    return len(self.labels)

def __getitem__(self, idx):
    img_path, label = self.labels[idx]
    image = cv2.imread(os.path.join(self.image_folder, img_path), cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
    if image is None:
        print(f"⚠️ Изображение не найдено: {img_path}")
        image = np.zeros((32, 128), dtype=np.float32)  # Заполнитель для отсутствующего изображения
    else:
        image = cv2.resize(image, (128, 32)) / 255.0  # Нормализация

    image = torch.tensor(image, dtype=torch.float32).unsqueeze(0)  # Форма: (1, 32, 128)
    target = torch.tensor([self.char_to_index[char] for char in label], dtype=torch.long)

    return image, target

Пользовательская функция сборки

def collate_fn(batch):
images, targets = zip(*batch) # Разгруппировка батча
images = torch.stack(images) # Объединение изображений
targets = pad_sequence(targets, batch_first=True, padding_value=0) # Дополнение целей
return images, targets # Возврат изображений и дополненных целей

Загрузка набора данных

train_dataset = LicensePlateDataset(“/content/drive/MyDrive/images”, “/content/Lebal.txt”)
num_classes = train_dataset.num_classes
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=32, shuffle=True, collate_fn=collate_fn)

Определение модели CRNN

class CRNN(nn.Module):
def init(self, num_classes):
super(CRNN, self).init()
self.cnn = nn.Sequential(
nn.Conv2d(1, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1),
nn.ReLU(),
nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2),

        nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1),
        nn.ReLU(),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2),

        nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1),
        nn.ReLU(),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
    )

    self.lstm_input_size = 256 * 4  # Регулируется на основе выхода CNN
    self.lstm = nn.LSTM(self.lstm_input_size, 256, bidirectional=True, batch_first=True)
    self.fc = nn.Linear(512, num_classes)  # Выход BiLSTM равен 512

def forward(self, x):
    x = self.cnn(x)  # Форма: (batch_size, 256, 4, 16)
    x = x.permute(0, 2, 3, 1)  # (batch_size, 4, 16, 256)
    batch_size, height, width, channels = x.shape
    x = x.reshape(batch_size, width, height * channels)  # (batch_size, 16, 1024)
    x, _ = self.lstm(x)  # (batch_size, 16, 512)

    x = self.fc(x)  # (batch_size, 16, num_classes)
    return x

Настройка обучения

device = torch.device(“cuda” if torch.cuda.is_available() else “cpu”)
model = CRNN(num_classes).to(device)
criterion = nn.CTCLoss(blank=num_classes – 1, zero_infinity=True)
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.0001)
num_epochs = 50

def init_weights(m):
if isinstance(m, nn.Conv2d) or isinstance(m, nn.Linear):
nn.init.kaiming_normal_(m.weight, mode=”fan_out”, nonlinearity=’relu’)
if m.bias is not None:
nn.init.constant_(m.bias, 0)

model.apply(init_weights)

Цикл обучения

for epoch in range(num_epochs):
model.train()
total_loss = 0
for images, targets in train_loader:
images = images.to(device)
targets = targets.to(device) # Перемещение целей на то же устройство
optimizer.zero_grad()

    outputs = model(images)

    input_lengths = torch.full((outputs.size(0),), outputs.size(1), dtype=torch.long).to(device)
    target_lengths = torch.tensor([target.size(0) for target in targets], dtype=torch.long).to(device)

    # Вычисление потерь
    loss = criterion(outputs.permute(1, 0, 2), targets, input_lengths, target_lengths)

    loss.backward()
    torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), max_norm=5)
    optimizer.step()
    total_loss += loss.item()

print(f"📌 Эпоха {epoch + 1}, Потери: {total_loss:.4f}")

Сохранить модель

torch.save(model.state_dict(), “crnn_model.pth”)

Ответ или решение

Если вы столкнулись с проблемой, когда потери в модели CRNN (Convolutional Recurrent Neural Network) показывают 0.0000, это может быть связано с несколькими причинами, которые требуют тщательного анализа. Рассмотрим, как теоретически, так и практически, что может вызывать эту проблему и какие шаги можно предпринять для ее решения.

Теория

Модель CRNN объединяет сверточные слои (CNN) и рекуррентные слои (RNN), что позволяет хорошо обработать последовательные данные, такие как текст на изображениях. Для обучения модели используется функция потерь CTC (Connectionist Temporal Classification), которая применяется для задач распознавания последовательностей, где длина входных и выходных последовательностей может различаться. Если функция потерь стабильно показывает нулевые значения, это может указывать на какие-либо ошибки в данных или настройке модели.

Основные причины проблемы могут включать:

  1. Данные: Если изображения не загрузились правильно или метки (targets) были определены неверно, это может привести к неправильному обучению модели. Данные должны быть тщательно проверены на корректность.

  2. Инициализация весов: Неправильная инициализация весов в слоях сети может приводить к тому, что модель не сможет эффективно обучаться.

  3. Установка оптимизатора и/или функции потерь: Параметры оптимизатора или функции потерь могут быть неправильно настроены. Например, скорость обучения может быть слишком высокой или слишком низкой.

  4. Модель и архитектура: Ошибки в архитектуре модели, такие как несовпадение размеров или неправильная конфигурация слоев, могут серьезно повлиять на способность модели обучаться и делать предсказания.

Примеры

Рассмотрим, как примененные тактики по диагностике и исправлению могут выглядеть на практике.

Проверка данных

Убедитесь, что все изображения загружаются корректно. В описанном вами коде предусмотрена обработка случая, когда изображение не найдено:

if image is None:
    print(f"⚠️ Image not found at {img_path}")
    image = np.zeros((32, 128), dtype=np.float32)  # Placeholder for missing image

Такая обработка говорит о том, что отсутствующие изображения заменяются на пустые, что может повлиять на обучаемость модели. Проверьте целостность и доступность всех изображений.

Инициализация весов

Метод init_weights используется для инициализации весов слоев:

def init_weights(m):
    if isinstance(m, nn.Conv2d) or isinstance(m, nn.Linear):
        nn.init.kaiming_normal_(m.weight, mode="fan_out", nonlinearity='relu')
        if m.bias is not None:
            nn.init.constant_(m.bias, 0)

Проверьте, что этот метод вызывается для всех слоев после инициализации модели.

Настройки оптимизатора

Скорость обучения задается как lr=0.0001. Попробуйте изменить скорость обучения, возможно, значение слишком мало для вашего сценария, что ведет к отсутствию видимого изменения потерь.

Архитектура модели

Проверьте правильность конфигурации модели:

self.lstm_input_size = 256 * 4  # Adjust based on CNN output

Убедитесь, что размеры хорошо согласованы между слоями.

Применение

Эти проблемы и соответствующие решения могут быть применены следующим образом:

  1. Проверьте и предобработайте данные. Вы должны быть уверены, что они в соответствующем формате, все файлы доступны, и их метки верны.

  2. Обратите внимание на инициализацию весов. Это можно сделать, начав с различных стратегий инициализации, таких как Xavier или Kaiming.

  3. Экспериментируйте с параметрами оптимизатора, включая скорость обучения, чтобы найти наиболее подходящие.

  4. Исправьте архитектуру модели, если вы обнаружите проблемы в конфигурации слоев или параметров.

Помня о том, что каждая из этих деталей может повлиять на обучение модели на практике, следуйте принципам систематичного отладки и улучшайте свою модель постепенно, анализируя метрики и результаты на каждом этапе. Данные подходы помогут вам добиться более эффективного обучения и избежать проблем с потерями в будущем.

Оцените материал
Добавить комментарий

Капча загружается...