Pytorch中DataLoader的介绍

在 PyTorch 中，Dataset 和 DataLoader 是两个非常重要的类，用于高效地加载和处理数据。它们通常一起使用，以便在训练深度学习模型时更好地管理数据。

详细介绍：Pytorch中的数据加载

1、 DataLoader 类

DataLoader 是一个迭代器，用于从 Dataset 中高效地加载数据。它提供了以下功能：

批量加载数据: 可以将数据分成多个小批量（mini-batches）进行加载。
多线程加载: 可以使用多个线程并行加载数据，减少 I/O 瓶颈。
数据打乱: 可以在每次迭代时打乱数据顺序，以避免模型过拟合。
自定义采样策略: 可以通过 Sampler 和 BatchSampler 自定义数据加载的顺序。

DataLoader类官方文档：DataLoader文档

使用 DataLoader 示例

from torch.utils.data import DataLoader# 创建DataLoader
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=4, shuffle=True, num_workers=2)# 遍历DataLoader
for batch_idx, (samples, labels) in enumerate(dataloader):print(f"Batch {batch_idx}:")print(f"Samples: {samples}, Labels: {labels}")

参数说明

dataset: 需要加载的数据集，通常是 Dataset 类的实例。
batch_size: 每个批次的样本数量。
shuffle: 是否在每个 epoch 打乱数据顺序。
num_workers: 用于数据加载的子进程数量。如果设置为 0，则数据加载在主进程中进行。

总结

Dataset 类用于定义数据集的结构和如何访问数据。
DataLoader 类用于高效地加载数据，支持批量加载、多线程加载和数据打乱等功能。

结合使用 Dataset 和 DataLoader 可以让你在训练深度学习模型时更加高效地处理数据。

2、DataLoader实例

2.1 准备数据集并预处理数据集

torchvision及其内置数据集（CIFAR10）介绍见：torchvision中数据集的使用
transforms的使用见：Pytorch中的Transforms学习

import torchvision# 准备的测试数据集
test_data = torchvision.datasets.CIFAR10("./dataset", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor())# 测试数据集中第一张图片及target
img, target = test_data[0]
print(img.shape)
print(img)
print(target)

程序将CIFAR10中的测试集PIL图像数据转换为tensor形式（transform=torchvision.transforms.ToTensor()），得到张量形式的img和对应的target，打印img的形状以及img和其taeget。

运行结果：
img是一个3X32X32的张量图像

torch.Size([3, 32, 32])
tensor([[[0.6196, 0.6235, 0.6471,  ..., 0.5373, 0.4941, 0.4549],[0.5961, 0.5922, 0.6235,  ..., 0.5333, 0.4902, 0.4667],[0.5922, 0.5922, 0.6196,  ..., 0.5451, 0.5098, 0.4706],...,[0.2667, 0.1647, 0.1216,  ..., 0.1490, 0.0510, 0.1569],[0.2392, 0.1922, 0.1373,  ..., 0.1020, 0.1137, 0.0784],[0.2118, 0.2196, 0.1765,  ..., 0.0941, 0.1333, 0.0824]],[[0.4392, 0.4353, 0.4549,  ..., 0.3725, 0.3569, 0.3333],[0.4392, 0.4314, 0.4471,  ..., 0.3725, 0.3569, 0.3451],[0.4314, 0.4275, 0.4353,  ..., 0.3843, 0.3725, 0.3490],...,[0.4863, 0.3922, 0.3451,  ..., 0.3804, 0.2510, 0.3333],[0.4549, 0.4000, 0.3333,  ..., 0.3216, 0.3216, 0.2510],[0.4196, 0.4118, 0.3490,  ..., 0.3020, 0.3294, 0.2627]],[[0.1922, 0.1843, 0.2000,  ..., 0.1412, 0.1412, 0.1294],[0.2000, 0.1569, 0.1765,  ..., 0.1216, 0.1255, 0.1333],[0.1843, 0.1294, 0.1412,  ..., 0.1333, 0.1333, 0.1294],...,[0.6941, 0.5804, 0.5373,  ..., 0.5725, 0.4235, 0.4980],[0.6588, 0.5804, 0.5176,  ..., 0.5098, 0.4941, 0.4196],[0.6275, 0.5843, 0.5176,  ..., 0.4863, 0.5059, 0.4314]]])
3

2.2 使用DataLoader加载数据集

使用上述预处理过的CIFAR10数据集，并设置批次大小为4：

import torchvision
# 准备的测试数据集
from torch.utils.data import DataLoadertest_data = torchvision.datasets.CIFAR10("./dataset", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor())test_loader = DataLoader(dataset=test_data, batch_size=4, shuffle=True, num_workers=0, drop_last=True)for data in test_loader:imgs, targets = dataprint(imgs.shape)print(targets)

运行结果：

torch.Size([4, 3, 32, 32])
tensor([1, 1, 0, 8])
torch.Size([4, 3, 32, 32])
tensor([6, 0, 7, 9])
torch.Size([4, 3, 32, 32])
tensor([6, 0, 8, 5])
...

因为设置的批次大小为4，所以每个批次取4个张量图像和4个对应target打包为一个data。

2.3 使用tensorboard查看数据集

import torchvision
# 准备的测试数据集
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWritertest_data = torchvision.datasets.CIFAR10("./dataset", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor())test_loader = DataLoader(dataset=test_data, batch_size=4, shuffle=True, num_workers=0, drop_last=True)
#记录日志
writer = SummaryWriter("runs")
step = 0
for data in test_loader:imgs, targets = datawriter.add_images("tensor_test_data", imgs, step)step = step + 1
writer.close()

在终端执行命令：

tensorboard --logdir=E:\my_pycharm_projects\project1\runs

TensorFlow installation not found - running with reduced feature set.
Serving TensorBoard on localhost; to expose to the network, use a proxy or pass --bind_all
TensorBoard 2.19.0 at http://localhost:6006/ (Press CTRL+C to quit)

打开网址：
step表示第几个批次（epoch），在每个批次中都取了4张图片：
在这里插入图片描述

2.4 shuffle参数的作用

设置shuffle=True

设置两次记录：

import torchvision
# 准备的测试数据集
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWritertest_data = torchvision.datasets.CIFAR10("./dataset", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor())test_loader = DataLoader(dataset=test_data, batch_size=4, shuffle=True, num_workers=0, drop_last=True)
#记录日志
writer = SummaryWriter("runs")
for epoch in range(2):step = 0for data in test_loader:imgs, targets = datawriter.add_images("Epoch: {}".format(epoch), imgs, step)step = step + 1writer.close()

结果：
在这里插入图片描述
可以看到，同样是step=2499批次取4张图片，两次取的图片不一样。

设置shuffle=False

同样记录两次：

import torchvision
# 准备的测试数据集
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWritertest_data = torchvision.datasets.CIFAR10("./dataset", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor())test_loader = DataLoader(dataset=test_data, batch_size=4, shuffle=False, num_workers=0, drop_last=True)
#记录日志
writer = SummaryWriter("runs")
for epoch in range(2):step = 0for data in test_loader:imgs, targets = datawriter.add_images("Epoch: {}".format(epoch), imgs, step)step = step + 1writer.close()