Tensorflow 数据对象Dataset.shuffle()、repeat()、batch() 等用法

1.Dataset数据对象

Dataset可以用来表示输入管道元素集合（张量的嵌套结构）和“逻辑计划“对这些元素的转换操作。在Dataset中元素可以是向量，元组或字典等形式。
另外，Dataset需要配合另外一个类Iterator进行使用，Iterator对象是一个迭代器，可以对Dataset中的元素进行迭代提取。

2.Dataset方法

2.1 产生数据集
2.1.1. from_tensor_slices

from_tensor_slices 用于创建dataset，其元素是给定张量的切片的元素。

函数形式：from_tensor_slices（tensors）

参数tensors:张量的嵌套结构,每个都在第0维中具有相同的大小。

import tensorflow as tf
#创建一个Dataset对象
dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices([1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12])
'''合成批次'''
dataset=dataset.batch(5)
#创建一个迭代器
iterator = dataset.make_one_shot_iterator()
#get_next()函数可以帮助我们从迭代器中获取元素
element = iterator.get_next()
 
#遍历迭代器，获取所有元素
with tf.Session() as sess:   
    for i in range(9):
       print(sess.run(element))  

输出

[1 2 3 4 5]
[ 6  7  8  9 10]
[11 12]

2.1.2 .from_tensors

创建一个Dataset包含给定张量的单个元素。

函数形式：from_tensors（tensors）

参数tensors:张量的嵌套结构。

dataset = tf.data.Dataset.from_tensors([1,2,3,4,5,6,7,8,9])
 
iterator = concat_dataset.make_one_shot_iterator()
 
element = iterator.get_next()
 
with tf.Session() as sess:   
    for i in range(1):
       print(sess.run(element))

区别：

• from_tensors是将tensors作为一个整体进行操纵，而from_tensor_slices可以操纵tensors里面的元素。

2.1.3 from_generator（具体实践不太了解）

创建Dataset由其生成元素的元素generator。

函数形式：from_generator(generator,output_types,output_shapes=None,args=None)

参数generator:一个可调用对象，它返回支持该iter()协议的对象 。如果args未指定，generator则不得参数; 否则它必须采取与有值一样多的参数args。
参数output_types：tf.DType对应于由元素生成的元素的每个组件的对象的嵌套结构generator。
参数output_shapes:tf.TensorShape 对应于由元素生成的元素的每个组件的对象 的嵌套结构generator
参数args:tf.Tensor将被计算并将generator作为NumPy数组参数传递的对象元组。

 

2.2 数据转换Transformation
2.2.1 batch

# 创建0-10的数据集，每个batch取个数6。
dataset = tf.data.Dataset.range(10).batch(6)
iterator = dataset.make_one_shot_iterator()
next_element = iterator.get_next()

with tf.Session() as sess:
    for i in range(2):
        value = sess.run(next_element)
        print(value)

但是如果我们把循环次数设置成3（即for i in range(2)），那么就会报错。

或者将for循环改为：while True:。就不用设置循环次数了。

 

2.2.2 shuffle

上面所有输出结果都是有序的，在机器学习中训练模型需要将数据打乱，这样可以保证每批次训练的时候所用到的数据集是不一样的，可以提高模型训练效果。

注意：shuffle的顺序很重要，应该先shuffle再batch，如果先batch后shuffle的话，那么此时就只是对batch进行shuffle，而batch里面的数据顺序依旧是有序的，那么随机程度会减弱(实际并未shuffle)。

随机混洗数据集的元素。

函数形式：shuffle(buffer_size,seed=None,reshuffle_each_iteration=None)

参数buffer_size:表示新数据集将从中采样的数据集中的元素数。

buffer_size=1:不打乱顺序，既保持原序
buffer_size越大，打乱程度越大
参数seed:(可选）表示将用于创建分布的随机种子。
参数reshuffle_each_iteration:(可选）一个布尔值，如果为true，则表示每次迭代时都应对数据集进行伪随机重组。（默认为True。）

在这里buffer_size：该函数的作用就是先构建buffer，大小为buffer_size，然后从dataset中提取数据将它填满。batch操作，从buffer中提取。

如果buffer_size小于Dataset的大小，每次提取buffer中的数据，会再次从Dataset中抽取数据将它填满（当然是之前没有抽过的）。所以一般最好的方式是buffer_size= Dataset_size。

 

2.2.3 map

map可以将map_func函数映射到数据集.
map接收一个函数，Dataset中的每个元素都会被当作这个函数的输入，并将函数返回值作为新的Dataset，

函数形式：flat_map(map_func，num_parallel_calls=None)

参数map_func:映射函数
参数num_parallel_calls：表示要并行处理的数字元素。如果未指定，将按顺序处理元素。如果使用值tf.data.experimental.AUTOTUNE,则根据可用的CPU动态设置并行调用的数量。

对dataset中每个元素的值加10

dataset = tf.data.Dataset.range(10).batch(6).shuffle(10)
dataset = dataset.map(lambda x: x + 10)
iterator = dataset.make_one_shot_iterator()
next_element = iterator.get_next()

with tf.Session() as sess:
    for i in range(2):
        value = sess.run(next_element)
        print(value)

[16 17 18 19]
[10 11 12 13 14 15]

2.2.4 repeat

重复此数据集次数，主要用来处理机器学习中的epoch，假设原先的数据训练一个epoch，使用repeat(2)就可以将之变成2个epoch，默认空是无限次。

函数形式：repeat(count=None)

参数count:(可选）表示数据集应重复的次数。默认行为（如果count是None或-1）是无限期重复的数据集。

 

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