目錄

1.tf.data.Dataset

2.tfrecord

2.1 使用tfrecord的原因

2.2 tfrecord的寫入

2.3 tfrecord的讀取

3.兩種方式的區別

參考資料：

---

1.tf.data.Dataset

# 從tensor中獲取數據

dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(img_paths)

?

# 可選項，從數據集中過濾數據

dataset = dataset.filter(filter)

?

# 數據解析，原來可能是路徑，需要變成真實的圖片數據

# 其中num_parallel_calls表示并行操作的線程數量，一般設置為CPU核心數量為最好

dataset = dataset.map(map_func, num_parallel_calls=num_threads)

?

# 打亂數據，這里有個buffer_size，表示每次從這個buffer_size個數據中隨機一個位置，與buffer_size外的數據進行交換

dataset = dataset.shuffle(buffer_size)

?

# 把數據集組裝成batchs

if drop_remainder:

????# 將dataset切分成n個batch_size，并且決定是否丟掉最后一個不滿足一個batch的數據

????dataset = dataset.apply(tf.contrib.data.batch_and_drop_remainder(batch_size))

else:

????dataset = dataset.batch(batch_size)

?

# repeat表示重復的次數,-1表示重復無限次，這樣就永遠不會報outOfRange這種錯

"""

tf.data.Dataset.prefetch 提供了 software pipelining 機制。該函數解耦了 數據產生的時間 和 數據消耗的時間。

具體來說，該函數有一個后臺線程和一個內部緩存區，在數據被請求前，就從 dataset 中預加載一些數據（進一步提高性能）。

prefech(n) 一般作為最后一個 transformation，其中 n 為 batch_size。

因為數據已經分成了好幾個batch，那么這句話其實就是在數據被請求之前，預加載2個batch的數據

"""

dataset = dataset.repeat(repeat).prefetch(prefetch_batch)

?

# 建立一個迭代器

iterator =?dataset.make_initializable_iterator()

batch_data = iterator.get_next()

?

# 建立一個會話Session

with tf.Session as sess:

? ? # 初始化迭代器

? ? sess.run(iterator.initializer)

? ? data = sess.run(batch_data)

實測代碼：

import osimport numpy as np import tensorflow as tf from tflib.utils import session import randomimg_paths = "E:\\python_project\\DeeCamp\\data\\list_attr_celeba.txt" buffer_size = 4096 drop_remainder = True batch_size = 32 repeat = -1 prefetch_batch = 2names = np.loadtxt(img_paths, skiprows=2, usecols=[0], dtype=np.str)print("start") # 從tensor中獲取數據 dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(names)print("read files over")# 可選項，從數據集中過濾數據 # dataset = dataset.filter()# 數據解析，原來可能是路徑，需要變成真實的圖片數據 # 其中num_parallel_calls表示并行操作的線程數量，一般設置為CPU核心數量為最好 # dataset = dataset.map(map_func, num_parallel_calls=num_threads)# 打亂數據，這里有個buffer_size，表示每次從這個buffer_size個數據中隨機一個位置，與buffer_size外的數據進行交換 dataset = dataset.shuffle(buffer_size)# 把數據集組裝成batchs if drop_remainder:# 將dataset切分成n個batch_size，并且決定是否丟掉最后一個不滿足一個batch的數據dataset = dataset.apply(tf.contrib.data.batch_and_drop_remainder(batch_size)) else:dataset = dataset.batch(batch_size)# repeat表示重復的次數,-1表示重復無限次，這樣就永遠不會報outOfRange這種錯 """ tf.data.Dataset.prefetch 提供了 software pipelining 機制。該函數解耦了 數據產生的時間 和 數據消耗的時間。 具體來說，該函數有一個后臺線程和一個內部緩存區，在數據被請求前，就從 dataset 中預加載一些數據（進一步提高性能）。 prefech(n) 一般作為最后一個 transformation，其中 n 為 batch_size。 因為數據已經分成了好幾個batch，那么這句話其實就是在數據被請求之前，預加載2個batch的數據 """ dataset = dataset.repeat(repeat).prefetch(prefetch_batch)# 建立一個迭代器 iterator = dataset.make_initializable_iterator() batch_data = iterator.get_next()# 建立一個會話Session with tf.Session() as sess:# 初始化迭代器sess.run(iterator.initializer)for i in range(10):data = sess.run(batch_data)print(data)print("="*20)

結果如下：

[b'002411.jpg' b'001866.jpg' b'003657.jpg' b'000849.jpg' b'002705.jpg'

b'002485.jpg' b'000120.jpg' b'002057.jpg' b'003620.jpg' b'003092.jpg'

b'003111.jpg' b'000557.jpg' b'003030.jpg' b'001831.jpg' b'001967.jpg'

b'000258.jpg' b'002366.jpg' b'004102.jpg' b'000067.jpg' b'002444.jpg'

b'003847.jpg' b'003876.jpg' b'000516.jpg' b'002107.jpg' b'003941.jpg'

b'004006.jpg' b'000632.jpg' b'000080.jpg' b'002286.jpg' b'003046.jpg'

b'000785.jpg' b'001122.jpg']

====================

[b'001681.jpg' b'001067.jpg' b'002432.jpg' b'002173.jpg' b'001478.jpg'

b'000610.jpg' b'001715.jpg' b'002695.jpg' b'004003.jpg' b'004100.jpg'

b'002240.jpg' b'000286.jpg' b'003298.jpg' b'000760.jpg' b'003712.jpg'

b'003076.jpg' b'003598.jpg' b'000423.jpg' b'003211.jpg' b'002405.jpg'

b'001274.jpg' b'003872.jpg' b'004079.jpg' b'000486.jpg' b'004012.jpg'

b'003247.jpg' b'001156.jpg' b'004073.jpg' b'002359.jpg' b'000636.jpg'

b'000349.jpg' b'001392.jpg']

====================

[b'001704.jpg' b'001051.jpg' b'002887.jpg' b'003227.jpg' b'000357.jpg'

b'003706.jpg' b'003297.jpg' b'004016.jpg' b'002112.jpg' b'002975.jpg'

b'004077.jpg' b'002272.jpg' b'001991.jpg' b'000694.jpg' b'001515.jpg'

b'000242.jpg' b'002169.jpg' b'003926.jpg' b'001462.jpg' b'002646.jpg'

b'003214.jpg' b'000487.jpg' b'000326.jpg' b'001344.jpg' b'001069.jpg'

b'003025.jpg' b'002724.jpg' b'002502.jpg' b'002479.jpg' b'004098.jpg'

b'001749.jpg' b'003203.jpg']

====================

[b'003235.jpg' b'003145.jpg' b'000356.jpg' b'003175.jpg' b'001426.jpg'

b'003209.jpg' b'004105.jpg' b'002073.jpg' b'003118.jpg' b'003629.jpg'

b'001634.jpg' b'003120.jpg' b'000098.jpg' b'001096.jpg' b'001607.jpg'

b'003158.jpg' b'004115.jpg' b'000084.jpg' b'003362.jpg' b'003666.jpg'

b'001573.jpg' b'002369.jpg' b'002097.jpg' b'003621.jpg' b'003484.jpg'

b'003809.jpg' b'001107.jpg' b'001207.jpg' b'003556.jpg' b'003763.jpg'

b'003594.jpg' b'001101.jpg']

====================

[b'000073.jpg' b'003798.jpg' b'002839.jpg' b'002614.jpg' b'002921.jpg'

b'002453.jpg' b'003261.jpg' b'002648.jpg' b'002605.jpg' b'003388.jpg'

b'003010.jpg' b'000752.jpg' b'003783.jpg' b'001673.jpg' b'002732.jpg'

b'002936.jpg' b'001997.jpg' b'003518.jpg' b'001005.jpg' b'002789.jpg'

b'001082.jpg' b'003087.jpg' b'003873.jpg' b'003871.jpg' b'001441.jpg'

b'003494.jpg' b'000135.jpg' b'001564.jpg' b'000410.jpg' b'002700.jpg'

b'001258.jpg' b'003723.jpg']

====================

[b'000948.jpg' b'003301.jpg' b'003280.jpg' b'001173.jpg' b'002086.jpg'

b'001553.jpg' b'001125.jpg' b'003796.jpg' b'002469.jpg' b'000866.jpg'

b'003491.jpg' b'003708.jpg' b'004152.jpg' b'001616.jpg' b'003965.jpg'

b'002069.jpg' b'002966.jpg' b'000739.jpg' b'001433.jpg' b'000419.jpg'

b'001955.jpg' b'003578.jpg' b'003493.jpg' b'000992.jpg' b'001333.jpg'

b'004042.jpg' b'003442.jpg' b'001623.jpg' b'003615.jpg' b'004140.jpg'

b'003635.jpg' b'000619.jpg']

====================

[b'002193.jpg' b'002691.jpg' b'000456.jpg' b'002500.jpg' b'001423.jpg'

b'003624.jpg' b'002149.jpg' b'000743.jpg' b'001570.jpg' b'002141.jpg'

b'002891.jpg' b'000467.jpg' b'002985.jpg' b'003384.jpg' b'003971.jpg'

b'003143.jpg' b'001541.jpg' b'003032.jpg' b'002317.jpg' b'003951.jpg'

b'001980.jpg' b'000183.jpg' b'002111.jpg' b'001115.jpg' b'000163.jpg'

b'000381.jpg' b'004301.jpg' b'001529.jpg' b'002506.jpg' b'003976.jpg'

b'003886.jpg' b'002414.jpg']

====================

[b'001126.jpg' b'000007.jpg' b'002410.jpg' b'002568.jpg' b'003724.jpg'

b'002947.jpg' b'003988.jpg' b'004004.jpg' b'002682.jpg' b'003284.jpg'

b'000003.jpg' b'001234.jpg' b'001080.jpg' b'002395.jpg' b'000085.jpg'

b'002064.jpg' b'000646.jpg' b'003652.jpg' b'004264.jpg' b'000577.jpg'

b'004320.jpg' b'003726.jpg' b'003859.jpg' b'001369.jpg' b'001056.jpg'

b'003422.jpg' b'003193.jpg' b'001178.jpg' b'000918.jpg' b'000509.jpg'

b'000296.jpg' b'003273.jpg']

====================

[b'001889.jpg' b'003185.jpg' b'000029.jpg' b'002218.jpg' b'001762.jpg'

b'003392.jpg' b'002634.jpg' b'001382.jpg' b'001100.jpg' b'000779.jpg'

b'000544.jpg' b'003537.jpg' b'002630.jpg' b'004138.jpg' b'000539.jpg'

b'002091.jpg' b'000378.jpg' b'002754.jpg' b'002377.jpg' b'002861.jpg'

b'002858.jpg' b'003162.jpg' b'002898.jpg' b'004361.jpg' b'003058.jpg'

b'001686.jpg' b'000629.jpg' b'002349.jpg' b'001722.jpg' b'002675.jpg'

b'002903.jpg' b'001424.jpg']

====================

[b'000194.jpg' b'001345.jpg' b'003553.jpg' b'003031.jpg' b'001821.jpg'

b'003232.jpg' b'000852.jpg' b'003112.jpg' b'000841.jpg' b'002522.jpg'

b'004280.jpg' b'000538.jpg' b'000830.jpg' b'003934.jpg' b'003596.jpg'

b'002004.jpg' b'000794.jpg' b'002015.jpg' b'002620.jpg' b'001974.jpg'

b'003632.jpg' b'002461.jpg' b'003142.jpg' b'000532.jpg' b'001941.jpg'

b'002232.jpg' b'000924.jpg' b'003882.jpg' b'000489.jpg' b'002766.jpg'

b'001795.jpg' b'003866.jpg']

====================

Process finished with exit code 0

總結一下，使用tf.data.Dataset的主要步驟有：

1. 使用tf.data.Dataset.from_tensor_slices從輸入的tensor'中獲取數據，這個tensor可以是圖片的路徑組成的list；

2. 使用dataset.filter選擇是否過濾數據；

3. 使用dataset.map解析數據，如果讀入的只是路徑，那么使用這個函數可以將路徑對應的圖片數據讀進來；

4. 使用dataset.shuffle打亂數據；

5. 使用dataset.batch生成batches；

6. 使用dataset.repeat重復數據集；

7. 使用dataset.prefetch設置在數據請求前預加載的batch數量；

8. 使用iterator =?dataset.make_initializable_iterator()，?batch_data = iterator.get_next()建立迭代器

9. 在session中初始化迭代器sess.run(iterator.initializer)，并通過迭代器的get_next()獲取一個batch的數據。

?

2.tfrecord

2.1 使用tfrecord的原因

?? ?正常情況下我們訓練文件夾經常會生成 train, test 或者val文件夾，這些文件夾內部往往會存著成千上萬的圖片或文本等文件，這些文件被散列存著，這樣不僅占用磁盤空間，并且再被一個個讀取的時候會非常慢，繁瑣。占用大量內存空間（有的大型數據不足以一次性加載）。此時我們TFRecord格式的文件存儲形式會很合理的幫我們存儲數據。

?? ?TFRecord內部使用了“Protocol Buffer”二進制數據編碼方案，它只占用一個內存塊，只需要一次性加載一個二進制文件的方式即可，簡單，快速，尤其對大型訓練數據很友好。而且當我們的訓練數據量比較大的時候，可以將數據分成多個TFRecord文件，來提高處理效率。

2.2 tfrecord的寫入

# 聲明一個TFRecordWriter，才能將信息寫入TFRecord文件

# 其中output表示為存儲的路徑，如“output.tfrecord”

writer = tf.python_io.TFRecordWriter(output)

?

# 讀取圖片并進行解碼, input是圖片路徑

image = Image.open("image.jpg")

shape = image.shape

# 將圖片轉換成 string。

image_data = image.tostring()

name = bytes("cat", encoding='utf8')

?

# 創建Example對象，并將Feature一一填充進去

example = tf.train.Example(features=tf.train.Features(feature={

? ?'name': tf.train.Feature(bytes_list=tf.train.BytesList(value=[name])),

? ?'shape': tf.train.Feature(int64_list=tf.train.Int64List(value=[shape[0], shape[1], shape[2]])),

? ?'data': tf.train.Feature(bytes_list=tf.train.BytesList(value=[image_data]))

? ? }

? ?))

?? ?? ?

# 將 example 序列化成 string 類型，然后寫入

writer.write(example.SerializeToString())

?

# 全部寫完之后，關閉writer

writer.close()

總結一下，tfrecord主要分為4步：

聲明TFRecordWriter；

創建Example對象，并將Feature存入；

將Example序列化成string類型寫入；

關閉writer

2.3 tfrecord的讀取

# 定義一個reader

reader = tf.TFRecordReader()

# 讀取tfrecord文件，得到一個filename_queue【中括號必須保存下來】

filename_queue=tf.train.string_input_producer(['titanic_train.tfrecords'])

# 返回文件名和文件

_,serialized_example=reader.read(filename_queue)

# 上面的serialized_example是無法直接查看的，需要去按照特征進行解析

features = tf.parse_single_example(serialized_example,features={

? ? 'imgae': tf.FixedLenFeature([], tf.string)

? ? 'label': tf.FixedLenFeature([], tf.string)

})

?

# 每次將數據包裝成一個batch,capacity為隊列能夠容納的最大元素個數

image， label = tf.train.shuffle_batch([features['image'], features['label']], batch_size=16, capacity=500)

?

with tf.Session() as sess:

?? ?tf.global_variables_initializer().run()

?? ?# 創建 Coordinator， 負責實現數據輸入線程的同步

?? ?coord = tf.train.Coordinator()

?? ?# 啟動隊列

?? ?threads=tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord)

? ? # 喂數據實現訓練

? ? img, lab = sess.run([image, label])

?

? ? # 線程同步

?? ?coord.request_stop()

????coord.join(threads=threads)

?

總結一下，tfrecord讀取數據的步驟主要有：

使用tf.TFRecordReader()定義reader

使用tf.train.string_input_producer讀取tfrecord文件

使用reader.read讀取第二部返回的文件名隊列

使用tf.parse_single_example解析文件名隊列

使用tf.train.shuffle_batch將數據打亂并包裝成一個batch

在session通過tf.train.Coordinator()實現線程同步

threads=tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord)啟動隊列

通過coord.request_stop()和coord.join(threads=threads)實現線程同步

3.兩種方式的區別

? ? ? ?tfrecord需要提前將數據存成tfrecord文件，這樣可以減少每次打開文件的時間消耗，針對于大規模數據集訓練模型上有幫助。但是問題在于這種方式比較死板，如果有新的數據集，就需要繼續生成tfrecord文件。

?

? ? ?而tf.data.Dataset的方式就比較靈活了，采用pipeline的方式，在GPU訓練數據時，CPU準備數據，不需要提前生成其他文件。

?

? ? ?總之，這兩種方式都可以處理大規模數據集的訓練，但個人覺得tf.data.Dataset要好用一些。

?

參考資料：

TensorFlow之tfrecords文件詳細教程（https://blog.csdn.net/qq_27825451/article/details/83301811）

【Tensorflow】你可能無法回避的 TFRecord 文件格式詳細講解（https://blog.csdn.net/briblue/article/details/80789608）

TensorFlow數據讀取機制：文件隊列 tf.train.slice_input_producer和 tf.data.Dataset機制（https://blog.csdn.net/guyuealian/article/details/85106012）

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的tf.data.Dataset与tfrecord学习笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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