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pytorch神经网络对Excel数据集进行处理（读取，转为tensor格式，归一化），并且以鸢尾花（iris）数据集为例，实现BP神经网络

乘风 • • Python • 阅读 244

最近跟导师做的项目是关于BP，LSTN神经网络的，数据集对象是一些Excel表格类型的，我使用pytorch进行训练，读取Excel表格数据的时候统一进行一些处理，所以我想把它封装到函数，以后处理其它数据集，直接调用函数实现，这不就方便了吗。
我将以鸢尾花数据集作为例子进行展示：

我已经编写了2.0版本，方法更加集成化，建议使用2.0版本：2.0

在这里插入图片描述
可以看到鸢尾花数据集有四个特征，分别是0，1,2，3，label是鸢尾花种类，共三种，分别以0,1，2表示。

首先第一部分是读取Excel数据（需要主要的是标签需要在最后一列，函数默认最后一列为标签，前边的为特征值）：

def open_excel(filename):
    """
    打开数据集，进行数据处理
    :param filename:文件名
    :return:特征集数据、标签集数据
    """
    readbook = pd.read_excel(f'{filename}.xlsx', engine='openpyxl')
    nplist = readbook.T.to_numpy()
    data = nplist[0:-1].T
    data = np.float64(data)
    target = nplist[-1]
    return data, target

def open_csv(filename):
    """
    打开数据集，进行数据处理
    :param filename:文件名
    :return:特征集数据、标签集数据
    """
    readbook = pd.read_csv(f'{filename}.csv')
    nplist = readbook.T.to_numpy()
    data = nplist[0:-1].T
    data = np.float64(data)
    target = nplist[-1]
    return data, target

使用方法为feature, label = open_excel('iris')，输入为Excel名字，返回值为numpy类型的特征值和标签。

第二个函数是将数据划分为训练集和测试集：

def random_number(data_size, key):
    """
   使用shuffle()打乱
    """
    number_set = []
    for i in range(data_size):
        number_set.append(i)

    if key == 1:
        random.shuffle(number_set)

    return number_set


def split_data_set(data_set, target_set, rate, ifsuf):
    """
    说明：分割数据集，默认数据集的rate是测试集
    :param data_set: 数据集
    :param target_set: 标签集
    :param rate: 测试集所占的比率
    :return: 返回训练集数据、测试集数据、训练集标签、测试集标签
    """
    # 计算训练集的数据个数
    train_size = int((1 - rate) * len(data_set))
    # 随机获得数据的下标
    data_index = random_number(len(data_set), ifsuf)
    # 分割数据集（X表示数据，y表示标签），以返回的index为下标
    # 训练集数据
    x_train = data_set[data_index[:train_size]]
    # 测试集数据
    x_test = data_set[data_index[train_size:]]
    # 训练集标签
    y_train = target_set[data_index[:train_size]]
    # 测试集标签
    y_test = target_set[data_index[train_size:]]

    return x_train, x_test, y_train, y_test

使用方法很简单，输入为特征值，标签，划分比例，是否打乱，返回值为训练集，测试集的特征值和标签。

# 数据划分为训练集和测试集和是否打乱数据集
    split = 0.3  # 测试集占数据集整体的多少
    ifshuffle = 1  # 1为打乱数据集，0为不打乱
    x_train, x_test, y_train, y_test = split_data_set(feature, label, split, ifshuffle)

第三个函数为numpy转为tensor：

def inputtotensor(inputtensor, labeltensor):
    """
    将数据集的输入和标签转为tensor格式
    :param inputtensor: 数据集输入
    :param labeltensor: 数据集标签
    :return: 输入tensor，标签tensor
    """
    inputtensor = np.array(inputtensor)
    inputtensor = torch.FloatTensor(inputtensor)

    labeltensor = np.array(labeltensor)
    labeltensor = labeltensor.astype(float)
    labeltensor = torch.LongTensor(labeltensor)

    return inputtensor, labeltensor

输入为numpy的特征值和标签，返回值为tensor格式的特征值和标签。

# 将数据转为tensor格式
    traininput, trainlabel = inputtotensor(x_train, y_train)
    testinput, testlabel = inputtotensor(x_test, y_test)

第四部分是归一化处理，使用的是torch中的nn

# 归一化处理
    traininput = nn.functional.normalize(traininput)
    testinput = nn.functional.normalize(testinput)

你只需要调用函数就可以实现，可以说非常方便。
下面我用以上函数实现后实现一下BP神经网络：

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import random
import torch
import torch.nn as nn
from torch.utils.data import DataLoader, TensorDataset

def open_excel(filename):
    """
    打开数据集，进行数据处理
    :param filename:文件名
    :return:特征集数据、标签集数据
    """
    readbook = pd.read_excel(f'{filename}.xlsx', engine='openpyxl')
    nplist = readbook.T.to_numpy()
    data = nplist[0:-1].T
    data = np.float64(data)
    target = nplist[-1]
    return data, target

def open_csv(filename):
    """
    打开数据集，进行数据处理
    :param filename:文件名
    :return:特征集数据、标签集数据
    """
    readbook = pd.read_csv(f'{filename}.csv')
    nplist = readbook.T.to_numpy()
    data = nplist[0:-1].T
    data = np.float64(data)
    target = nplist[-1]
    return data, target


def random_number(data_size, key):
    """
   使用shuffle()打乱
    """
    number_set = []
    for i in range(data_size):
        number_set.append(i)

    if key == 1:
        random.shuffle(number_set)

    return number_set


def split_data_set(data_set, target_set, rate, ifsuf):
    """
    说明：分割数据集，默认数据集的rate是测试集
    :param data_set: 数据集
    :param target_set: 标签集
    :param rate: 测试集所占的比率
    :return: 返回训练集数据、测试集数据、训练集标签、测试集标签
    """
    # 计算训练集的数据个数
    train_size = int((1 - rate) * len(data_set))
    # 随机获得数据的下标
    data_index = random_number(len(data_set), ifsuf)
    # 分割数据集（X表示数据，y表示标签），以返回的index为下标
    # 训练集数据
    x_train = data_set[data_index[:train_size]]
    # 测试集数据
    x_test = data_set[data_index[train_size:]]
    # 训练集标签
    y_train = target_set[data_index[:train_size]]
    # 测试集标签
    y_test = target_set[data_index[train_size:]]

    return x_train, x_test, y_train, y_test


def inputtotensor(inputtensor, labeltensor):
    """
    将数据集的输入和标签转为tensor格式
    :param inputtensor: 数据集输入
    :param labeltensor: 数据集标签
    :return: 输入tensor，标签tensor
    """
    inputtensor = np.array(inputtensor)
    inputtensor = torch.FloatTensor(inputtensor)

    labeltensor = np.array(labeltensor)
    labeltensor = labeltensor.astype(float)
    labeltensor = torch.LongTensor(labeltensor)

    return inputtensor, labeltensor


# 定义BP神经网络
class BPNerualNetwork(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.model = nn.Sequential(nn.Linear(input_size, hidden_size),
                                   nn.ReLU(),
                                   nn.Linear(hidden_size, output_size),
                                   nn.LogSoftmax(dim=1)
                                   )

    def forward(self, x):
        x = self.model(x)

        return x

def addbatch(data_train, data_test, batchsize):
    """
    设置batch
    :param data_train: 输入
    :param data_test: 标签
    :param batchsize: 一个batch大小
    :return: 设置好batch的数据集
    """
    data = TensorDataset(data_train, data_test)
    data_loader = DataLoader(data, batch_size=batchsize, shuffle=False)

    return data_loader
def train_test(traininput, trainlabel, testinput, testlabel, batchsize):
    """
    函数输入为：训练输入，训练标签，测试输入，测试标签，一个batch大小
    进行BP的训练，每训练一次就算一次准确率，同时记录loss
    :return:训练次数list，训练loss，测试loss，准确率
    """

    # 设置batch
    traindata = addbatch(traininput, trainlabel, batchsize)  # shuffle打乱数据集

    for epoch in range(1001):
        for step, data in enumerate(traindata):
            net.train()
            inputs, labels = data
            # 前向传播
            out = net(inputs)
            # 计算损失函数
            loss = loss_func(out, labels)
            # 清空上一轮的梯度
            optimizer.zero_grad()
            # 反向传播
            loss.backward()
            # 参数更新
            optimizer.step()

        # 测试准确率
        net.eval()
        testout = net(testinput)
        testloss = loss_func(testout, testlabel)
        prediction = torch.max(testout, 1)[1]  # torch.max
        pred_y = prediction.numpy()  # 事先放在了GPU，所以必须得从GPU取到CPU中！！！！！！
        target_y = testlabel.data.numpy()
        j = 0
        for i in range(pred_y.size):
            if pred_y[i] == target_y[i]:
                j += 1
        acc = j / pred_y.size

        if epoch % 10 == 0:
            print("训练次数为", epoch, "的准确率为:", acc)



if __name__ == "__main__":
    feature, label = open_excel('iris')

    # 数据划分为训练集和测试集和是否打乱数据集
    split = 0.3  # 测试集占数据集整体的多少
    ifshuffle = 1  # 1为打乱数据集，0为不打乱
    x_train, x_test, y_train, y_test = split_data_set(feature, label, split, ifshuffle)
    # 将数据转为tensor格式
    traininput, trainlabel = inputtotensor(x_train, y_train)
    testinput, testlabel = inputtotensor(x_test, y_test)

    # 归一化处理
    traininput = nn.functional.normalize(traininput)
    testinput = nn.functional.normalize(testinput)

    Epoch = 1000
    input_size = 4
    hidden_size = 5
    output_size = 3
    LR = 0.005
    batchsize = 30

    net = BPNerualNetwork()

    optimizer = torch.optim.Adam(net.parameters(), LR)

    # 设定损失函数
    loss_func = torch.nn.CrossEntropyLoss()

    # 训练并且记录每次准确率，loss     函数输入为：训练输入，训练标签，测试输入，测试标签，一个batch大小
    train_test(traininput, trainlabel, testinput, testlabel, batchsize)

在这里插入图片描述
轻轻松松到达0.9777，这不是主要的，本次主要是进行简化一下Excel数据集操作。

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