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TensorFlow中数据读取之tfrecords

时间:2018-12-20 14:48:57      阅读:247      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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关于Tensorflow读取数据,官网给出了三种方法:

  • 供给数据(Feeding): 在TensorFlow程序运行的每一步, 让Python代码来供给数据。
  • 从文件读取数据: 在TensorFlow图的起始, 让一个输入管线从文件中读取数据。
  • 预加载数据: 在TensorFlow图中定义常量或变量来保存所有数据(仅适用于数据量比较小的情况)。

对于数据量较小而言,可能一般选择直接将数据加载进内存,然后再分batch输入网络进行训练(tip:使用这种方法时,结合yield 使用更为简洁,大家自己尝试一下吧,我就不赘述了)。但是,如果数据量较大,这样的方法就不适用了,因为太耗内存,所以这时最好使用tensorflow提供的队列queue,也就是第二种方法 从文件读取数据。对于一些特定的读取,比如csv文件格式,官网有相关的描述,在这儿我介绍一种比较通用,高效的读取方法(官网介绍的少),即使用tensorflow内定标准格式——TFRecords

TFRecords
TFRecords其实是一种二进制文件,虽然它不如其他格式好理解,但是它能更好的利用内存,更方便复制和移动,并且不需要单独的标签文件。

TFRecords文件包含了tf.train.Example 协议内存块(protocol buffer)(协议内存块包含了字段 Features)。我们可以写一段代码获取你的数据, 将数据填入到Example协议内存块(protocol buffer),将协议内存块序列化为一个字符串, 并且通过tf.python_io.TFRecordWriter 写入到TFRecords文件。

从TFRecords文件中读取数据, 可以使用tf.TFRecordReadertf.parse_single_example解析器。这个操作可以将Example协议内存块(protocol buffer)解析为张量。

生成TFRecords文件

存入TFRecords文件需要数据先存入名为example的protocol buffer,然后将其serialize成为string才能写入。example中包含features,用于描述数据类型:bytes,float,int64。

我们使用tf.train.Example来定义我们要填入的数据格式,然后使用tf.python_io.TFRecordWriter来写入。

writer = tf.python_io.TFRecordWriter(out_name)
        #对每条数据分别获得文档,问题,答案三个值,并将相应单词转化为索引
        #调用Example和Features函数将数据格式化保存起来。注意Features传入的参数应该是一个字典,方便后续读数据时的操作
example = tf.train.Example(
           features = tf.train.Features(
             feature = {
               document: tf.train.Feature(
                 int64_list=tf.train.Int64List(value=document)),
               query: tf.train.Feature(
                 int64_list=tf.train.Int64List(value=query)),
               answer: tf.train.Feature(
                 int64_list=tf.train.Int64List(value=answer))
               }))
    #写数据
serialized = example.SerializeToString()
writer.write(serialized)

也可以用extend的方式:

example = tf.train.Example()
example.features.feature["context"].int64_list.value.extend(context_transformed) 
example.features.feature["utterance"].int64_list.value.extend(utterance_transformed) example.features.feature["context_len"].int64_list.value.extend([context_len]) example.features.feature["utterance_len"].int64_list.value.extend([utterance_len]) writer = tf.python_io.TFRecordWriter(output_filename) writer.write(example.SerializeToString()) writer.close()

读取tfrecords文件

 

首先用tf.train.string_input_producer读取tfrecords文件的list建立FIFO序列,可以申明num_epoches和shuffle参数表示需要读取数据的次数以及时候将tfrecords文件读入顺序打乱,然后定义TFRecordReader读取上面的序列返回下一个record,用tf.parse_single_example对读取到TFRecords文件进行解码,根据保存的serialize example和feature字典返回feature所对应的值。此时获得的值都是string,需要进一步解码为所需的数据类型。把图像数据的string reshape成原始图像后可以进行preprocessing操作。此外,还可以通过tf.train.batch或者tf.train.shuffle_batch将图像生成batch序列。

由于tf.train函数会在graph中增加tf.train.QueueRunner类,而这些类有一系列的enqueue选项使一个队列在一个线程里运行。为了填充队列就需要用tf.train.start_queue_runners来为所有graph中的queue runner启动线程,而为了管理这些线程就需要一个tf.train.Coordinator来在合适的时候终止这些线程。


因为在读取数据之后我们可能还会进行一些额外的操作,使我们的数据格式满足模型输入,所以这里会引入一些额外的函数来实现我们的目的。这里介绍几个个人感觉较重要常用的函数。不过还是推荐到官网API去查,或者有某种需求的时候到Stack Overflow上面搜一搜,一般都能找到满足自己需求的函数。
1,string_input_producer(
string_tensor,
num_epochs=None,
shuffle=True,
seed=None,
capacity=32,
shared_name=None,
name=None,
cancel_op=None
)

其输出是一个输入管道的队列,这里需要注意的参数是num_epochs和shuffle。对于每个epoch其会将所有的文件添加到文件队列当中,如果设置shuffle,则会对文件顺序进行打乱。其对文件进行均匀采样,而不会导致上下采样。

2,shuffle_batch(
tensors,
batch_size,
capacity,
min_after_dequeue,
num_threads=1,
seed=None,
enqueue_many=False,
shapes=None,
allow_smaller_final_batch=False,
shared_name=None,
name=None
)

产生随机打乱之后的batch数据

3,sparse_ops.serialize_sparse(sp_input, name=None): 返回一个字符串的3-vector(1-D的tensor),分别表示索引、值、shape

4,deserialize_many_sparse(serialized_sparse, dtype, rank=None, name=None): 将多个稀疏的serialized_sparse合并成一个

基本的,一个Example中包含Features,Features里包含Feature(这里没s)的字典。最后,Feature里包含有一个 FloatList, 或者ByteList,或者Int64List

就这样,我们把相关的信息都存到了一个文件中,而且读取也很方便。

简单的读取小例子

for serialized_example in tf.python_io.tf_record_iterator("train.tfrecords"):
    example = tf.train.Example()
    example.ParseFromString(serialized_example)
    context = example.features.feature[‘context].int64_list.value
    utterance = example.features.feature[‘utterance].int64_list.value

使用队列读取

一旦生成了TFRecords文件,为了高效地读取数据,TF中使用队列(queue)读取数据。

def read_and_decode(filename):
    #根据文件名生成一个队列
    filename_queue = tf.train.string_input_producer([filename])

    reader = tf.TFRecordReader()
    _, serialized_example = reader.read(filename_queue)   #返回文件名和文件
    features = tf.parse_single_example(serialized_example,
                                       features={
                                           label: tf.FixedLenFeature([], tf.int64),
                                           img_raw : tf.FixedLenFeature([], tf.string),
                                       })

    img = tf.decode_raw(features[img_raw], tf.uint8)
    img = tf.reshape(img, [224, 224, 3])
    img = tf.cast(img, tf.float32) * (1. / 255) - 0.5
    label = tf.cast(features[label], tf.int32)

    return img, label

之后我们可以在训练的时候这样使用

img, label = read_and_decode("train.tfrecords")

#使用shuffle_batch可以随机打乱输入
img_batch, label_batch = tf.train.shuffle_batch([img, label],
                                                batch_size=30, capacity=2000,
                                                min_after_dequeue=1000)
init = tf.initialize_all_variables()

with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
   # 这是填充队列的指令,如果不执行程序会等在队列文件的读取处无法运行 coord
= tf.train.Coordinator() threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
  
for i in range(3): val, l= sess.run([img_batch, label_batch]) #我们也可以根据需要对val, l进行处理 #l = to_categorical(l, 12) print(val.shape, l)

注意:

第一,tensorflow里的graph能够记住状态(state),这使得TFRecordReader能够记住tfrecord的位置,并且始终能返回下一个。而这就要求我们在使用之前,必须初始化整个graph,这里我们使用了函数tf.initialize_all_variables()来进行初始化。

第二,tensorflow中的队列和普通的队列差不多,不过它里面的operation和tensor都是符号型的(symbolic),在调用sess.run()时才执行。

第三, TFRecordReader会一直弹出队列中文件的名字,直到队列为空。

总结

  1. 生成tfrecord文件
  2. 定义record reader解析tfrecord文件
  3. 构造一个批生成器(batcher
  4. 构建其他的操作
  5. 初始化所有的操作
  6. 启动QueueRunner

参考:

https://blog.csdn.net/u012759136/article/details/52232266

https://blog.csdn.net/liuchonge/article/details/73649251

 

TensorFlow中数据读取之tfrecords

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原文地址:https://www.cnblogs.com/zongfa/p/10148584.html

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