如何提高 CNN 模型的准确性

Question

我建立了一个 cnn 模型，class将面部情绪定义为快乐、悲伤、精力充沛和中性的面孔。我使用了 Vgg16 预训练模型并冻结了所有层。经过 50 个 epoch 的训练后，我的模型的测试精度为 0.65，验证损失约为 0.8。

我的训练数据文件夹有 16000(4x4000) 个，验证数据文件夹有 2000(4x500) 个，测试数据文件夹有 4000(4x1000) 个 rgb 图像。

1)您对提高模型精度有何建议？

2)我尝试用我的模型做一些预测，预测的 class 总是一样的。什么可能导致问题？

到目前为止我尝试了什么？

添加 dropout 层 (0.5)
在最后一层之前添加Dense (256, relu)
随机排列训练数据和验证数据。
将学习率降低到 1e-5

但我无法提高验证和测试的准确性。

我的代码

train_src = "/content/drive/MyDrive/Affectnet/train_class/"
val_src = "/content/drive/MyDrive/Affectnet/val_class/"
test_src="/content/drive/MyDrive/Affectnet/test_classs/"

train_datagen = tensorflow.keras.preprocessing.image.ImageDataGenerator(
      rescale=1./255, 
      shear_range=0.2,
      zoom_range=0.2,
      horizontal_flip=True,
    
      )

train_generator = train_datagen.flow_from_directory(
        train_src,
        target_size=(224,224 ),
        batch_size=32,
        class_mode='categorical',
        shuffle=True
        )

validation_datagen = tensorflow.keras.preprocessing.image.ImageDataGenerator(
        rescale=1./255
        )

validation_generator = validation_datagen.flow_from_directory(
        val_src,
        target_size=(224, 224),
        batch_size=32,
        class_mode='categorical',
        shuffle=True
        )
conv_base = tensorflow.keras.applications.VGG16(weights='imagenet',
                  include_top=False,
                  input_shape=(224, 224, 3)
                  )
for layer in conv_base.layers:
  layer.trainable = False

model = tensorflow.keras.models.Sequential()

# VGG16 is added as convolutional layer.
model.add(conv_base)

# Layers are converted from matrices to a vector.
model.add(tensorflow.keras.layers.Flatten())

# Our neural layer is added.
model.add(tensorflow.keras.layers.Dropout(0.5))
model.add(tensorflow.keras.layers.Dense(256, activation='relu'))

model.add(tensorflow.keras.layers.Dense(4, activation='softmax'))

model.compile(loss='categorical_crossentropy',
              optimizer=tensorflow.keras.optimizers.Adam(lr=1e-5),
              metrics=['acc'])
history = model.fit_generator(
      train_generator,
      epochs=50,
      steps_per_epoch=100,
      validation_data=validation_generator,
      validation_steps=5,
      workers=8
      )

Loss and accuracy

Answer 1

嗯，有几件事。对于训练集，你说你有 16,0000 张图像。然而，如果批量大小为 32 并且 steps_per_epoch= 100，那么对于任何给定的时期，您仅在 3,200 张图像上进行训练。同样，您有 2000 张验证图像，但批量大小为 32 且 validation_steps = 5，您仅在 5 X 32 = 160 张图像上进行验证。现在 Vgg 是一个不错的模型，但我没有使用它，因为它非常大，这会显着增加训练时间，而且还有其他用于迁移学习的模型更小但更准确。我建议您尝试使用 EfficientNetB3。使用代码

conv_base = tensorflow.keras.applications.EfficientNetB3(weights='imagenet',
                  include_top=False,
                  input_shape=(224, 224, 3)
                  pooling='max'
                  )

使用 pooling='max' 可以消除 Flatten 层。此外，EfficientNet 模型期望像素在 0 到 255 范围内，因此请删除生成器中的 rescale=1/255。接下来要做的是使用可调节的学习率。这可以使用 Keras 回调来完成。相关文档是 here. You want to use the ReduceLROnPlateau callback. Documentation for that is here. 设置它以监控验证损失。我建议的代码如下

rlronp=tf.keras.callbacks.ReduceLROnPlateau(monitor="val_loss",factor=0.5,
                                            patience=1, verbose=1)

我还建议您使用回调 EarlyStopping。相关文档是 here. 。我推荐的代码如下所示

estop=tf.keras.callbacks.EarlyStopping( monitor="val_loss", patience=4, verbose=1,
                                        restore_best_weights=True)

现在model.fit包括

callbacks=[rlronp, estop]

将你的学习率设置为 .001。设置纪元 = 50。如果被触发，estop 回调将 return 您的模型加载具有最低验证损失的 epoch 的权重。我注意到你有代码

for layer in conv_base.layers:
  layer.trainable = False

我知道教程告诉你这样做，但我得到了更好的结果让它可以训练，我已经在数百个模型上这样做了。

如何提高 CNN 模型的准确性

How Can I Increase My CNN Model's Accuracy

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