torch.sum()中的dim讲解

def structure_loss(pred, mask): weit = 1 + 5*torch.abs(F.avg_pool2d(mask, kernel_size=31, stride=1, padding=15) - mask) wbce = F.binary_cross_entropy_with_logits(pred, mask, reduction='none') wbce = (weit*wbce).sum(dim=(2, 3)) / weit.sum(dim=(2, 3)) pred = torch.sigmoid(pred) inter = ((pred * mask)*weit).sum(dim=(2, 3)) union = ((pred + mask)*weit).sum(dim=(2, 3)) wiou = 1 - (inter + 1)/(union - inter+1) return (wbce + wiou).mean() def train(train_loader, model, optimizer, epoch, best_loss): model.train() loss_record2, loss_record3, loss_record4 = AvgMeter(), AvgMeter(), AvgMeter() accum = 0 for i, pack in enumerate(train_loader, start=1): # ---- data prepare ---- images, gts = pack images = Variable(images).cuda() gts = Variable(gts).cuda() # ---- forward ---- lateral_map_4, lateral_map_3, lateral_map_2 = model(images) # ---- loss function ---- loss4 = structure_loss(lateral_map_4, gts) loss3 = structure_loss(lateral_map_3, gts) loss2 = structure_loss(lateral_map_2, gts) loss = 0.5 * loss2 + 0.3 * loss3 + 0.2 * loss4 # ---- backward ---- loss.backward() torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), opt.grad_norm) optimizer.step() optimizer.zero_grad() # ---- recording loss ---- loss_record2.update(loss2.data, opt.batchsize) loss_record3.update(loss3.data, opt.batchsize) loss_record4.update(loss4.data, opt.batchsize) # ---- train visualization ---- if i % 20 == 0 or i == total_step: print('{} Epoch [{:03d}/{:03d}], Step [{:04d}/{:04d}], ' '[lateral-2: {:.4f}, lateral-3: {:0.4f}, lateral-4: {:0.4f}]'. format(datetime.now(), epoch, opt.epoch, i, total_step, loss_record2.show(), loss_record3.show(), loss_record4.show())) save_path = 'snapshots/{}/'.format(opt.train_save) os.makedirs(save_path, exist_ok=True) if (epoch+1) % 1 == 0: meanloss = test(model, opt.test_path) if meanloss < best_loss: print('new best loss: ', meanloss) best_loss = meanloss torch.save(model.state_dict(), save_path + 'TransFuse-%d.pth' % epoch) print('[Saving Snapshot:]', save_path + 'TransFuse-%d.pth'% epoch) return best_loss def test(model, path): model.eval() mean_loss = [] for s in ['val', 'test']: image_root = '{}/data_{}.npy'.format(path, s) gt_root = '{}/mask_{}.npy'.format(path, s) test_loader = test_dataset(image_root, gt_root) dice_bank = [] iou_bank = [] loss_bank = [] acc_bank = [] for i in range(test_loader.size): image, gt = test_loader.load_data() image = image.cuda() with torch.no_grad(): _, _, res = model(image) loss = structure_loss(res, torch.tensor(gt).unsqueeze(0).unsqueeze(0).cuda()) res = res.sigmoid().data.cpu().numpy().squeeze() gt = 1*(gt>0.5) res = 1*(res > 0.5) dice = mean_dice_np(gt, res) iou = mean_iou_np(gt, res) acc = np.sum(res == gt) / (res.shape[0]*res.shape[1]) loss_bank.append(loss.item()) dice_bank.append(dice) iou_bank.append(iou) acc_bank.append(acc) print('{} Loss: {:.4f}, Dice: {:.4f}, IoU: {:.4f}, Acc: {:.4f}'. format(s, np.mean(loss_bank), np.mean(dice_bank), np.mean(iou_bank), np.mean(acc_bank))) mean_loss.append(np.mean(loss_bank)) return mean_loss[0]
03-16
<think>好的,我现在要仔细分析用户提供的代码,理解每个部分的功能,并准备用中文进行讲解。首先,用户给出了两个函数:`structure_loss`和`train`,以及`test`函数。我需要逐一拆解这些部分,并解释它们的作用和相互关系。 首先看`structure_loss`函数。它接受pred和mask作为输入,计算加权BCE损失和加权IoU损失,最后返回它们的组合。这里需要注意权重weit的计算方式,使用了平均池化后的结果与原始mask的差异,然后乘以5加1。这一步可能是在强调mask边缘区域的损失,因为边缘附近的值变化较大,池化后与原始值的差异较大,所以权重更高。接下来是加权BCE的计算,使用PyTorch的二元交叉熵函数,并应用权重。然后,计算加权IoU,这里通过sigmoid处理pred,然后计算交集和并集,注意这里同样应用了权重。最后将两个损失相加取平均。 接下来是`train`函数。这里初始化了三个损失记录器,对应不同层级的输出(lateral_map_4、3、2)。在训练循环中,加载数据,前向传播得到三个侧输出,分别计算各自的structure_loss,然后加权求和总损失(0.5*loss2 + 0.3*loss3 + 0.2*loss4)。反向传播时,进行了梯度裁剪,然后更新参数。每20步打印一次损失情况。训练结束后,调用test函数验证,并保存模型。这里需要注意的是,保存模型的逻辑是根据测试损失是否优于当前最佳损失,如果是则保存。 然后是`test`函数,模型在评估模式下运行,计算损失、Dice系数、IoU和准确率。这里的数据加载使用了test_dataset,可能从npy文件读取。对于每个测试样本,获取模型输出(这里用到了第三个输出res),计算structure_loss,然后将预测结果二值化,计算各项指标。最后输出平均值。 现在需要将这些分析整理成结构化的解释,分步骤说明每个函数的作用、损失函数的构成、训练流程中的关键点,以及测试阶段的评估指标。同时需要注意用户提到的格式要求,数学公式需要用$...$或$$...$$,但根据用户的要求,可能不需要过多数学公式,但需要正确使用。此外,确保用中文清晰解释,避免术语错误。 可能的疑问点:为什么在structure_loss中,计算weit时使用kernel_size=31的avg_pool2d?这可能是在创建一个较大的感受野来捕捉mask的结构信息,从而在损失计算中强调边缘或结构差异较大的区域。较大的kernel_size会让池化后的结果更平滑,与原始mask的差异在边缘处更明显,从而生成更高的权重,让模型更关注这些区域。 另外,训练时对不同层级的损失赋予不同权重(0.5, 0.3, 0.2),可能是因为不同层级的特征重要性不同,深层特征(如lateral_map_2)可能更接近最终输出,所以权重更高。而测试时只用到了第三个输出res,这可能是在模型结构中选择最终输出层的结果,或者代码中可能有一个错误,比如应该用lateral_map_2作为最终输出?或者模型设计时,可能不同层级有不同的用途,测试时使用的是某个特定层? 需要指出这些可能的设计选择,但用户可能只需要解释代码,而非指出潜在问题。因此,在解释时说明这些权重的作用,以及测试阶段使用res的原因即可。 总结各部分后,按用户要求的结构,分步骤介绍每个函数,强调关键步骤,例如损失函数的计算、训练中的梯度裁剪、测试指标的收集等。确保逻辑连贯,帮助用户理解代码的结构和功能。</think>以下是代码的逐层解析: $\text{\textdollar\textdollar}$ \text{代码整体结构分为三部分:自定义损失函数、训练循环和测试验证模块} $\text{\textdollar\textdollar}$ 一、$\text{\textbf{structure\_loss}}$ 函数解析 1. $\text{\textbf{权重矩阵计算}}$: ```python weit = 1 + 5*torch.abs(F.avg_pool2d(mask, kernel_size=31, stride=1, padding=15) - mask) ``` - 使用31x31平均池化层获取mask的$\text{低频信息}$ - 通过$\text{绝对值差异}$突出边缘区域,生成$\text{空间权重矩阵}$ - 最终权重范围$\in[1,6]$,边缘区域权重更高 2. $\text{\textbf{加权二元交叉熵}}$: $$\text{wbce} = \frac{\sum(weit \cdot \text{BCE})}{\sum weit}$$ 使用PyTorch内置函数计算基础BCE损失后,进行$\text{逐像素加权}$ 3. $\text{\textbf{加权交并比}}$: $$\text{wiou} = 1 - \frac{inter + 1}{union - inter + 1}$$ 其中: $$\begin{cases} inter = \sum(weit \cdot pred \cdot mask) \\ union = \sum(weit \cdot (pred + mask)) \end{cases}$$ 4. $\text{\textbf{组合损失}}$: $$\text{Total Loss} = \text{mean}(wbce + wiou)$$ 二、$\text{\textbf{train}}$ 函数关键流程 1. 多尺度监督机制: ```python lateral_map_4, lateral_map_3, lateral_map_2 = model(images) # 获取多尺度输出 loss = 0.5*loss2 + 0.3*loss3 + 0.2*loss4 # 深层特征权重更高 ``` 2. $\text{梯度控制策略}$: ```python torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), opt.grad_norm) # 梯度裁剪防止爆炸 ``` 3. $\text{模型保存逻辑}$: ```python if meanloss < best_loss: # 动态保存最佳模型 torch.save(model.state_dict(), save_path+'TransFuse-%d.pth'%epoch) ``` 三、$\text{\textbf{test}}$ 函数评估指标 1. $\text{四元评估体系}$: | 指标 | 计算公式 | 意义 | |-----------|---------------------------|------------------| | Dice系数 | $\frac{2|X \cap Y|}{|X|+|Y|}$ | 集合相似度 | | IoU | $\frac{|X \cap Y|}{|X \cup Y|}$ | 重叠区域占比 | | 准确率 | $\frac{TP+TN}{TP+TN+FP+FN}$ | 整体像素分类正确率 | | 自定义结构损失 | structure_loss | 综合边界和区域一致性 | 四、$\text{设计亮点分析}$ 1. $\text{边界敏感权重}$:通过$\text{大核卷积}(31\times31)$的预处理,增强对目标轮廓区域的学习聚焦 2. $\text{多尺度监督}$:利用不同深度的侧输出(lateral_map_2/3/4)实现渐进式特征学习 3. $\text{损失组合创新}$:BCE保证像素级分类精度,IoU增强区域一致性,权重矩阵强化边界学习 4. $\text{正则化策略}$:梯度裁剪(opt.grad_norm) + 动态最优模型保存,提升训练稳定性 $\text{\textdollar\textdollar}$ \text{该实现展现了医学图像分割任务的典型优化策略,通过空间自适损失和深度监督机制提升模型性能} $\text{\textdollar\textdollar}$
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