一、猫狗大战数据集
Cats vs. Dogs（猫狗大战）是Kaggle大数据竞赛某一年的一道赛题，利用给定的数据集，用算法实现猫和狗的识别。
数据集由训练数据和测试数据组成，训练数据包含猫和狗各12500张图片，测试数据包含12500张猫和狗的图片。
为了以后查阅时不用翻视频（优酷广告真心长＝．＝），这里把视频里的内容重写一下，也当做是复习。
二、TensorFlow的实现
我电脑配的环境是win10(64位) + Python3.5.3 + CUDA 8.0 + cudnn 5.1 + tensorflow-gpu 1.1.0 + Pycharm。
首先在Pycharm上新建Cats_vs_Dogs工程，工程目录结构为：
-
data文件夹下包含test和train两个子文件夹，分别用于存放测试数据和训练数据，从官网上下载的数据直接解压到相应的文件夹下即可 -
logs文件夹用于存放我们训练时的模型结构以及训练参数 -
input_data.py负责实现读取数据，生成批次（batch） -
model.py负责实现我们的神经网络模型 -
training.py负责实现模型的训练以及评估
接下来分成数据读取、模型构造、模型训练、测试模型四个部分来讲。源码从文章末尾的链接下载。
1. 训练数据的读取——input_data.py
import tensorflow as tf
import numpy as np
import os 首先是导入模块。
tensorflow和numpy不用多说，其中os模块包含操作系统相关的功能，可以处理文件和目录这些我们日常手动需要做的操作。因为我们需要获取test目录下的文件，所以要导入os模块。
# 获取文件路径和标签
def get_files(file_dir):
# file_dir: 文件夹路径
# return: 乱序后的图片和标签
cats = []
label_cats = []
dogs = []
label_dogs = []
# 载入数据路径并写入标签值
for file in os.listdir(file_dir):
name = file.split(sep='.')
if name[0] == 'cat':
cats.append(file_dir + file)
label_cats.append(0)
else:
dogs.append(file_dir + file)
label_dogs.append(1)
print("There are %d cats\nThere are %d dogs" % (len(cats), len(dogs)))
# 打乱文件顺序
image_list = np.hstack((cats, dogs))
label_list = np.hstack((label_cats, label_dogs))
temp = np.array([image_list, label_list])
temp = temp.transpose() # 转置
np.random.shuffle(temp)
image_list = list(temp[:, 0])
label_list = list(temp[:, 1])
label_list = [int(i) for i in label_list]
return image_list, label_list 函数get_files(file_dir)的功能是获取给定路径file_dir下的所有的训练数据（包括图片和标签），以list的形式返回。
由于训练数据前12500张是猫，后12500张是狗，如果直接按这个顺序训练，训练效果可能会受影响（我自己猜的），所以需要将顺序打乱，至于是读取数据的时候乱序还是训练的时候乱序可以自己选择（视频里说在这里乱序速度比较快）。因为图片和标签是一一对应的，所以要整合到一起乱序。
这里先用np.hstack()方法将猫和狗图片和标签整合到一起，得到image_list和label_list，hstack((a,b))的功能是将a和b以水平的方式连接，比如原来cats和dogs是长度为12500的向量，执行了hstack(cats, dogs)后，image_list的长度为25000，同理label_list的长度也为25000。接着将一一对应的image_list和label_list再合并一次。temp的大小是2×25000，经过转置（变成25000×2），然后使用np.random.shuffle()方法进行乱序。
最后从temp中分别取出乱序后的image_list和label_list列向量，作为函数的返回值。这里要注意，因为label_list里面的数据类型是字符串类型，所以加上label_list = [int(i) for i in label_list]这么一行将其转为int类型。
# 生成相同大小的批次
def get_batch(image, label, image_W, image_H, batch_size, capacity):
# image, label: 要生成batch的图像和标签list
# image_W, image_H: 图片的宽高
# batch_size: 每个batch有多少张图片
# capacity: 队列容量
# return: 图像和标签的batch
# 将python.list类型转换成tf能够识别的格式
image = tf.cast(image, tf.string)
label = tf.cast(label, tf.int32)
# 生成队列
input_queue = tf.train.slice_input_producer([image, label])
image_contents = tf.read_file(input_queue[0])
label = input_queue[1]
image = tf.image.decode_jpeg(image_contents, channels=3)
# 统一图片大小
# 视频方法
# image = tf.image.resize_image_with_crop_or_pad(image, image_W, image_H)
# 我的方法
image = tf.image.resize_images(image, [image_H, image_W], method=tf.image.ResizeMethod.NEAREST_NEIGHBOR)
image = tf.cast(image, tf.float32)
# image = tf.image.per_image_standardization(image) # 标准化数据
image_batch, label_batch = tf.train.batch([image, label],
batch_size=batch_size,
num_threads=64, # 线程
capacity=capacity)
# 这行多余？
# label_batch = tf.reshape(label_batch, [batch_size])
return image_batch, label_batch 函数get_batch()用于将图片分批次，因为一次性将所有25000张图片载入内存不现实也不必要，所以将图片分成不同批次进行训练。这里传入的image和label参数就是函数get_files()返回的image_list和label_list，是python中的list类型，所以需要将其转为TensorFlow可以识别的tensor格式。
这里使用队列来获取数据，因为队列操作牵扯到线程，我自己对这块也不懂，，所以只从大体上理解了一下，想要系统学习可以去官方文档看看，这里引用了一张图解释。
我认为大体上可以这么理解：每次训练时，从队列中取一个batch送到网络进行训练，然后又有新的图片从训练库中注入队列，这样循环往复。队列相当于起到了训练库到网络模型间数据管道的作用，训练数据通过队列送入网络。（我也不确定这么理解对不对，欢迎指正）
继续看程序，我们使用slice_input_producer()来建立一个队列，将image和label放入一个list中当做参数传给该函数。然后从队列中取得image和label，要注意，用read_file()读取图片之后，要按照图片格式进行解码。本例程中训练数据是jpg格式的，所以使用decode_jpeg()解码器，如果是其他格式，就要用其他解码器，具体可以从官方API中查询。注意decode出来的数据类型是uint8，之后模型卷积层里面conv2d()要求输入数据为float32类型，所以如果删掉标准化步骤之后需要进行类型转换。
因为训练库中图片大小是不一样的，所以还需要将图片裁剪成相同大小(img_W和img_H)。视频中是用resize_image_with_crop_or_pad()方法来裁剪图片，这种方法是从图像中心向四周裁剪，如果图片超过规定尺寸，最后只会剩中间区域的一部分，可能一只狗只剩下躯干，头都不见了，用这样的图片训练结果肯定会受到影响。所以这里我稍微改动了一下，使用resize_images()对图像进行缩放，而不是裁剪，采用NEAREST_NEIGHBOR插值方法（其他几种插值方法出来的结果图像是花的，具体原因不知道）。
缩放之后视频中还进行了per_image_standardization (标准化)步骤，但加了这步之后，得到的图片是花的，虽然各个通道单独提出来是正常的，三通道一起就不对了，删了标准化这步结果正常，所以这里把标准化步骤注释掉了。
然后用tf.train.batch()方法获取batch，还有一种方法是tf.train.shuffle_batch()，因为之前我们已经乱序过了，这里用普通的batch()就好。视频中获取batch后还对label进行了一下reshape()操作，在我看来这步是多余的，从batch()方法中获取的大小已经符合我们的要求了，注释掉也没什么影响，能正常获取图片。
最后将得到的image_batch和label_batch返回。image_batch是一个4D的tensor，[batch, width, height, channels]，label_batch是一个1D的tensor，[batch]。
可以用下面的代码测试获取图片是否成功，因为之前将图片转为float32了，因此这里imshow()出来的图片色彩会有点奇怪，因为本来imshow()是显示uint8类型的数据（灰度值在uint8类型下是0~255，转为float32后会超出这个范围，所以色彩有点奇怪），不过这不影响后面模型的训练。
# TEST
import matplotlib.pyplot as plt
BATCH_SIZE = 2
CAPACITY = 256
IMG_W = 208
IMG_H = 208
train_dir = "data\\train\\"
image_list, label_list = get_files(train_dir)
image_batch, label_batch = get_batch(image_list, label_list, IMG_W, IMG_H, BATCH_SIZE, CAPACITY)
with tf.Session() as sess:
i = 0
coord = tf.train.Coordinator()
threads = tf.train.start_queue_runners(coord=coord)
try:
while not coord.should_stop() and i < 1:
img, label = sess.run([image_batch, label_batch])
for j in np.arange(BATCH_SIZE):
print("label: %d" % label[j])
plt.imshow(img[j, :, :, :])
plt.show()
i += 1
except tf.errors.OutOfRangeError:
print("done!")
finally:
coord.request_stop()
coord.join(threads)
