pytorch一些用到的函数记录

本文深入探讨了PyTorch中的关键操作,包括torch.range、torch.arange、torch.meshgrid、torch.cat、torch.stack等张量操作,以及torch.tensor与NumPy、PIL之间的转换。同时,介绍了torch.nn.functional.interpolate插值方法、torchvision.transforms.functional模块的使用,ModuleList和Sequential的对比,以及梯度裁剪torch.nn.utils.clip_grad_norm()的实现。
部署运行你感兴趣的模型镜像

torch.range troch.arange

import torch
x = torch.range(0, 4)
y = torch.arange(0, 4)
print(x, x.dtype)
print(y, y.dtype)
tensor([0., 1., 2., 3., 4.]) torch.float32
tensor([0, 1, 2, 3]) torch.int64
__main__:2: UserWarning: torch.range is deprecated in favor of torch.arange and will be removed in 0.5. Note that arange generates values in [start; end), not [start; end].
  1. torch.range将被弃用,建议使用torch.arange
  2. torch.arange类似于range,范围为[start, end), dtypetorch.int64,也可以指定类型dtype=torch.float32

torch.meshgrid

先看代码

import torch
x = torch.arange(0,2) #[H]
y = torch.arange(0, 4) #[W]
z = torch.meshgrid(x, y) #([H,W], [H, W])
print(x)
print(y)
print(z)

'''out
tensor([0, 1])
tensor([0, 1, 2, 3])
(tensor([[0, 0, 0, 0],
        [1, 1, 1, 1]]), tensor([[0, 1, 2, 3],
        [0, 1, 2, 3]]))
'''

以上代码生成的grid为两个相同size的矩阵,grid坐标矩阵即为两个矩阵对应的点组成
rows为行坐标的列向量,cols为列坐标的列向量,他们能够构成的网格大小即为 H × W H\times W H×W
生成网格坐标即为两个矩阵想对应点构成的坐标


torch.cat和torch.stack

torch.cat(tensor, dim),拼接,不会增加维度,只会增大tensor的大小,拼接的维度大小需要一致
torch.stack(tensor, dim),堆叠,在维度上进行堆叠,会增加矩阵维度
看代码

import torch
x = torch.arange(0, 4)
y = torch.arange(0, 4)
z = torch.meshgrid(x, y)
a = torch.cat((x, y))
b = torch.stack((x, y))
print(a.shape)
print(b.shape)

'''out
torch.Size([8])
torch.Size([2, 4])
'''

torch.tensor&numpy&PIL

  • torch.from_numpy(array): numpy转为tensor
  • tensor.numpy(): tensor转为numpy
  • np.array(img): pil图像变为numpy
  • Image.fromarray(img_array): numpy转为PIL图像

torch插值

  • torch.nn.functional.interpolate(input, size=None, scale_factor=None, mode='nearest', align_corners=None)

input 必须是一个 ( n , c , h , w ) (n,c,h,w) (n,c,h,w),四维矩阵

Parameters
- input (Tensor) – the input tensor

- size (int or Tuple[int] or Tuple[int, int] or Tuple[int, int, int]) – output spatial size.

- scale_factor (float or Tuple[float]) – multiplier for spatial size. Has to match input size if it is a tuple.

- mode (str) – algorithm used for upsampling: 'nearest' | 'linear' | 'bilinear' | 'bicubic' | 'trilinear' | 'area'. Default: 'nearest'

- align_corners (bool, optional) – Geometrically, we consider the pixels of the input and output as squares rather than points. If set to True, the input and output tensors are aligned by the center points of their corner pixels, preserving the values at the corner pixels. If set to False, the input and output tensors are aligned by the corner points of their corner pixels, and the interpolation uses edge value padding for out-of-boundary values, making this operation independent of input size when scale_factor is kept the same. This only has an effect when mode is 'linear', 'bilinear', 'bicubic' or 'trilinear'. Default: False

torchvison.transforms.functional PIL和tensor转换

先看torch官网描述
torch官网描述

import torchvision.transforms.functional as tf
pil_image = tf.to_pil_image(tensor)
tensor= tf.to_tensor(pil_img)

在数据预处理和训练结果保存时使用很方便


ModuleList 和 Sequential

PyTorch 中的 ModuleList 和 Sequential 转自知乎


torch.nn.utils.clip_grad_norm()

source code
防止梯度爆炸

def clip_grad_norm_(parameters, max_norm, norm_type=2):
    r"""Clips gradient norm of an iterable of parameters.

    The norm is computed over all gradients together, as if they were
    concatenated into a single vector. Gradients are modified in-place.

    Arguments:
        parameters (Iterable[Tensor] or Tensor): an iterable of Tensors or a
            single Tensor that will have gradients normalized
        max_norm (float or int): max norm of the gradients
        norm_type (float or int): type of the used p-norm. Can be ``'inf'`` for
            infinity norm.

    Returns:
        Total norm of the parameters (viewed as a single vector).
    """
    if isinstance(parameters, torch.Tensor):
        parameters = [parameters]
    parameters = list(filter(lambda p: p.grad is not None, parameters))
    max_norm = float(max_norm)
    norm_type = float(norm_type)
    if norm_type == inf:
        total_norm = max(p.grad.data.abs().max() for p in parameters)
    else:
        total_norm = 0
        for p in parameters:
            param_norm = p.grad.data.norm(norm_type)
            total_norm += param_norm.item() ** norm_type
        total_norm = total_norm ** (1. / norm_type)
    clip_coef = max_norm / (total_norm + 1e-6)
    if clip_coef < 1:
        for p in parameters:
            p.grad.data.mul_(clip_coef)
    return total_norm

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<think> 首先,用户的问题是:“我想查找yolo11所用到的各类函数 请问yolo11使用的各类函数”。这似乎是关于YOLO11模型的函数或方法的查询。 我需要参考提供的引用: - 引用[1]:描述了YOLO11是Ultralytics YOLO系列的最新版本,用于对象检测、跟踪、实例分割等。提到了它高效、准确、易用。 - 引用[2]:提供了YOLO11的发布背景和一些新增特性,但没有具体列出函数。 - 引用[3]:是关于YOLO11入门的,包括源码下载、权重下载、环境配置和示例测试,如目标检测、图像分割。在目标检测部分,提到了model.predict和结果是边界框和掩码。 - 引用[4]:环境准备,需要Python >=3.8和PyTorch >=1.8,安装ultralytics包。 - 引用[5]:描述了YOLO11的结构和训练超参数,如学习率、批量大小等,但没有具体函数列表。 用户的问题聚焦在“各类函数”,意思是YOLO11中使用的各种函数或方法。既然YOLO11是Ultralytics YOLO的一部分,我应该回想Ultralytics YOLO的实现。典型的YOLO模型在PyTorch中实现,涉及许多函数,包括数据加载、模型定义、损失函数、训练循环等。 根据引用[3],它提到了model.predict用于推理,这可能是关键函数。Ultralytics的YOLO API通常提供像YOLO()构造函数、train()、predict()等方法。 所以,我应该列出YOLO11中常见的函数或方法。既然引用提到了Ultralytics,我可以基于Ultralytics YOLO的文档来推断。 核心函数可能包括: - 模型初始化:如`YOLO(model='yolov11s.pt')` 或类似,加载模型。 - 训练函数:`model.train(data='coco.yaml', epochs=100)` 等。 - 推理函数:`model.predict(source='image.jpg')`,返回检测结果。 - 结果处理:如获取边界框、掩码等。 引用[3]中具体提到: - model.predict:用于推理。 - 结果包括边界框和掩码。 在引用[5]中,提到了训练超参数,但没有直接函数。 我需要确保回答真实可靠。既然用户提供了引用,我应该基于这些引用构建回答。 用户说:“上述引用仅供参考,并不是用户真正的需求,请尽可能多的参考用户上一次的问题和你的回答。” 但我没有历史记录,因为这是一个新对话。用户提到“用户上一次的问题”,但在这个会话中,这是第一个消息。所以,我应该忽略那部分,专注于当前查询。 用户当前的查询是:“请问yolo11使用的各类函数”。 结构我的回答: 1. **介绍**:简述YOLO11和其函数背景。 2. **主要函数或方法**:列出在YOLO11中常见的函数,基于Ultralytics YOLO的实现。 3. **引用支持**:使用提供的引用来支持我的回答。 4. **生成相关问题**:在结尾添加相关问题。 系统指令要求: - 使用中文回答。 - 行内数学表达式用$...$,但这里可能不需要数学。 - 独立公式用$$...$$,但可能不适用。 - LaTeX语法正确。 - 回答结构清晰,逐步帮助用户。 - 在引用的段落末尾添加引用标识,如[^1]。 列出主要函数: 基于Ultralytics YOLO (v5/v8),常见方法包括: - `YOLO()`:初始化模型。 - `train()`:训练模型。 - `predict()`:进行推理。 - `export()`:导出模型到不同格式。 - 结果对象的方法:如`.boxes`、`.masks`等。 从引用[3]:它提到了model.predict,源文件model,结果Results,边界框Boxes,图像分割的推理model.predict,掩码Masks。 所以,函数可能包括: - 构造函数:`model = YOLO(model_file)` - `model.predict(source, ...)`:运行推理。 - 结果处理:如`results.xyxy[0]` 用于边界框,或`results.masks` 用于分割掩码。 在训练方面,引用[5]提到了超参数,但函数可能是`model.train(...)`。 其他函数可能包括数据加载、预处理等内部函数。 为了用户,我应该聚焦在API级别的函数,而不是内部细节。 结构回答: 1. 简要介绍YOLO11的函数。 2. 列出主要函数和方法。 3. 提供示例代码片段。 4. 添加相关问题。 最后,添加引用标识。 回答大纲: - YOLO11通过Ultralytics库提供了一系列函数用于模型加载、训练、推理等[^1][^2]。 - 主要函数包括: - 模型初始化:`YOLO(model_path)` 加载预训练模型。 - 推理:`model.predict(source)` 进行目标检测或分割。 - 训练:`model.train(data, epochs, ...)` 训练模型。 - 结果处理:结果对象有`.boxes`、`.masks`等属性。 - 示例代码: ```python from ultralytics import YOLO # 加载模型 model = YOLO('yolov11s.pt') # 运行推理 results = model.predict('image.jpg') # 获取边界框 boxes = results[0].boxes ``` - 相关问题。 </think>基于您的查询,我将帮助您理解YOLO11中使用的各类函数。YOLO11是Ultralytics YOLO系列的最新版本,用于目标检测、实例分割、图像分类等任务。其核心函数主要源自Ultralytics库(通过PyTorch实现),包括模型初始化、推理、训练和结果处理等部分。以下内容基于您提供的引用(特别是引用[3]和[5]),并结合Ultralytics YOLO的典型实现进行总结。函数列表覆盖了API级别的常用方法,适用于实际使用(如Python代码),同时确保真实可靠。 ### YOLO11主要函数分类和说明 YOLO11的函数可以分为以下几类:模型加载、推理(预测)、训练、结果处理和实用工具。每个函数都有特定参数和返回值,以下列出关键函数及其用途。示例代码基于引用[3][^3]和[4][^4]的环境配置(需Python ≥3.8, PyTorch ≥1.8,安装`ultralytics`包)。 #### 1. **模型加载和初始化函数** 用于创建和加载预训练模型或自定义模型。 - **`YOLO(model_path)`**:构造函数,加载预训练权重或配置文件。 - 参数: - `model_path`:模型文件路径(如`.pt`权重文件或`.yaml`配置文件)。 - 返回值:模型对象。 - 示例: ```python from ultralytics import YOLO model = YOLO('yolov11s.pt') # 加载预训练模型[^3] ``` - **`model.info()`**:打印模型结构信息,包括层数、参数数量等。 - 示例:`model.info()` 输出网络架构细节。 #### 2. **推理(预测)函数** 用于对新数据进行预测,如目标检测或实例分割。 - **`model.predict(source, ...)`**:核心推理函数,处理图像、视频或流数据。 - 参数(常见): - `source`:输入源(如文件路径、URL、摄像头索引)。 - `conf`:置信度阈值(默认0.25)。 - `iou`:IoU阈值用于NMS(非极大值抑制)。 - `imgsz`:图像尺寸(如640, 引用[5]提到这影响精度和速度[^5])。 - `device`:指定设备(如'cuda:0'或'cpu', 引用[5]建议优先使用GPU[^5])。 - 返回值:结果对象(包含检测框、掩码等)。 - 示例(目标检测): ```python results = model.predict(source='image.jpg', conf=0.3, imgsz=640) ``` - 示例(图像分割): ```python results = model.predict(source='image.jpg', task='segment') # 返回掩码结果[^3] ``` - **`model.track(source, ...)`**:用于对象跟踪,结合预测和ID关联。 - 参数类似`predict`,添加`persist=True`用于连续跟踪。 - 示例:`results = model.track(source='video.mp4')` #### 3. **训练函数** 用于训练或微调模型,涉及超参数设置。 - **`model.train(data, ...)`**:训练模型,引用[5]提到的超参数(如学习率、批次大小)在此配置[^5]。 - 参数(关键): - `data`:数据集配置文件(如'coco.yaml')。 - `epochs`:训练轮数(引用[5]建议根据数据集调整[^5])。 - `batch`:批次大小(影响内存使用,引用[5]建议根据GPU调整[^5])。 - `lr0`:初始学习率(默认0.01,引用[5]提到在0.01-0.001间调整[^5])。 - `optimizer`:优化器(如'SGD'或'Adam', 引用[5]推荐Adam[^5])。 - `imgsz`:训练图像尺寸。 - 返回值:训练日志和模型权重。 - 示例: ```python model.train(data='coco.yaml', epochs=100, batch=16, lr0=0.01, optimizer='Adam', imgsz=640) ``` - **内部损失函数**:训练中自动调用(用户通常不直接使用),如分类损失(交叉熵)、回归损失(GIoU Loss)。 #### 4. **结果处理函数** 处理推理或训练的返回结果,提取边界框、掩码等。 - **`results[0].boxes`**:获取边界框信息(坐标、置信度、类别)。 - 方法: - `.xyxy`:返回边界框坐标(格式:[x_min, y_min, x_max, y_max])。 - `.conf`:置信度分数。 - `.cls`:类别ID。 - 示例(引用[3]中目标检测的结果处理[^3]): ```python boxes = results[0].boxes.xyxy # 获取所有边界框 confidences = results[0].boxes.conf ``` - **`results[0].masks`**:获取实例分割的掩码(仅当`task='segment'`时有效)。 - 方法:`.data`返回掩码张量。 - 示例(引用[3]中图像分割的掩码处理[^3]): ```python masks = results[0].masks.data # 获取掩码数据 ``` - **`results[0].plot()`**:可视化结果,绘制边界框和标签。 - 示例:`results[0].plot().show()` 显示带标注的图像。 #### 5. **实用工具函数** 辅助函数,用于模型管理或数据处理。 - **`model.export(format='onnx')`**:导出模型到其他格式(如ONNX、TensorRT)。 - 参数:`format`指定导出格式。 - 示例:`model.export(format='onnx')` - **`model.val(data='coco.yaml')`**:在验证集上评估模型性能(输出mAP等指标)。 - **数据加载函数**(内部):如`load_image()`用于图像预处理,用户通常通过`predict`间接调用。 ### 完整示例代码 以下是一个端到端示例,结合环境配置(引用[4][^4])和函数使用: ```python # 环境准备:Python >=3.8, PyTorch >=1.8 import ultralytics from ultralytics import YOLO # 初始化模型 model = YOLO('yolov11s.pt') # 加载预训练权重[^3] # 运行推理 results = model.predict(source='path/to/image.jpg', conf=0.25, imgsz=640) # 处理结果 if results[0].boxes is not None: boxes = results[0].boxes.xyxy.tolist() # 边界框列表 print(f"检测到 {len(boxes)} 个对象") results[0].plot().save('output.jpg') # 保存可视化结果 ``` ### 注意事项 - **函数来源**:这些函数源自Ultralytics库的API(通过`ultralytics`包调用)。源码中还有底层函数(如卷积层实现),但用户通常只需关注上述高级API[^1][^2]。 - **性能优化**:函数性能受超参数影响(如`imgsz`和`batch`),引用[5]建议根据任务调整[^5]。 - **错误处理**:如果函数调用失败(如无效输入),会抛出异常(使用try-except处理)。 如需更详细函数文档,参考Ultralytics官方GitHub仓库或使用`help(YOLO)`查看Python帮助。
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