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yolov8网络架构的代码实现

1. 环境准备

硬件需求

  • GPU:推荐使用 NVIDIA GPU(如 RTX 30 系列),显存至少 8GB。

  • CPU:如果没有 GPU,可以使用 CPU,但训练和推理速度会较慢。

依赖安装

YOLOv8 依赖于 ultralytics 库,可以通过以下命令安装:

bash

pip install ultralytics


其他依赖

  • Python 3.8 或更高版本

  • PyTorch 1.8 或更高版本

  • OpenCV(用于图像处理)

安装 PyTorch 和 OpenCV:

bash

pip install torch torchvision torchaudio
pip install opencv-python


2. YOLOv8 网络架构概述

YOLOv8 的网络架构基于 CSPDarknet 骨干网络,结合了 PANet(Path Aggregation Network)和 SPP(Spatial Pyramid Pooling)模块,具有以下特点:

  1. CSPDarknet:高效的骨干网络,提取图像特征。

  2. PANet:增强特征金字塔,提升多尺度目标检测能力。

  3. SPP:增加感受野,提升模型对目标的全局理解能力。



3. YOLOv8 代码实现

步骤 1:加载预训练模型

YOLOv8 提供了多种预训练模型(如 yolov8n.ptyolov8s.pt 等),我们可以直接加载并使用。

from ultralytics import YOLO
# 加载预训练模型(YOLOv8n 是最小的模型)
model = YOLO("yolov8n.pt")
# 打印模型结构
print(model)


步骤 2:推理(目标检测)

使用加载的模型对图像或视频进行目标检测。

# 对单张图片进行推理
results = model(" 
# 可视化结果
results[0].show()
# 保存结果
results[0].save("output.jpg")


步骤 3:训练自定义数据集

YOLOv8 支持训练自定义数据集。首先需要准备数据集,格式为 YOLO 格式(每张图片对应一个 .txt 文件,包含目标类别和边界框信息)。

# 加载自定义数据集配置文件(data.yaml)model = YOLO("yolov8n.pt")  # 加载模型model.train(data="data.yaml", epochs=100, imgsz=640)  # 训练模型

步骤 4:验证模型

训练完成后,可以使用验证集评估模型性能。

# 验证模型
metrics = model.val()
print(metrics.box.map)  # 打印 mAP(平均精度)


步骤 5:导出模型

YOLOv8 支持将模型导出为多种格式(如 ONNX、TensorRT 等),以便在不同平台上部署。

# 导出模型为 ONNX 格式
model.export(format="onnx")


4. YOLOv8 网络架构详解

CSPDarknet 骨干网络

  • CSP(Cross Stage Partial):通过部分连接减少计算量,同时保持特征提取能力。

  • Darknet:基于卷积神经网络的特征提取器。

PANet 特征金字塔

  • FPN(Feature Pyramid Network):提取多尺度特征。

  • PANet:在 FPN 基础上增加自底向上的路径,增强特征融合。

SPP 模块

  • Spatial Pyramid Pooling:通过不同尺度的池化操作,增加感受野,提升模型对目标的全局理解能力。



5. 参考链接


6. 总结

YOLOv8 是一个高效、灵活的目标检测模型,适用于多种任务(如目标检测、实例分割、姿态估计等)。通过 ultralytics 库,我们可以轻松实现模型的加载、推理、训练和部署。


人工智能/第十四阶段:深度学习-目标检测YOLO(V8正在更新中)实战/YOLOv5项目实战 238楼

通俗解释:概率图模型是NLP的“逻辑推理工具箱”

想象你要教一个机器人理解下面这句话:

“苹果很好吃,但苹果公司的手机也很贵。”

这里的两个“苹果”含义完全不同:

  • 第一个“苹果”是水果;

  • 第二个“苹果”是公司名称。

人类如何区分?
我们会根据上下文(“很好吃”和“公司”)判断词义。而概率图模型就是让计算机学会这种“上下文推理”的工具。


示例:用概率图模型解决NLP问题

1. 贝叶斯分类算法:垃圾邮件过滤

  • 原理:基于贝叶斯定理,计算某封邮件是垃圾邮件的概率。

  • 通俗解释:如果邮件中出现“免费”“中奖”等词,这些词在垃圾邮件中出现的概率更高,贝叶斯算法会综合这些词的概率来判断是否是垃圾邮件。

from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
# 训练数据:邮件内容 + 标签(0=正常,1=垃圾)
emails = ["点击领取免费奖品", "今晚开会讨论项目", "立即领取优惠券"]
labels = [1, 0, 1]
# 将文本转化为词频向量
vectorizer = CountVectorizer()X = vectorizer.fit_transform(emails)
# 训练贝叶斯分类器
model = MultinomialNB()model.fit(X, labels)
# 预测新邮件
new_email = ["今晚领取免费优惠券"]
prediction = model.predict(vectorizer.transform(new_email))
print("是垃圾邮件吗?", "是" if prediction[0] == 1 else "否")
# 输出:是垃圾邮件吗? 是


2. 隐含马尔可夫模型(HMM):词性标注

  • 原理:假设当前词的词性只依赖前一个词性(马尔可夫假设)。

  • 通俗解释:比如句子“猫吃鱼”,HMM会计算:

    • “猫”是名词的概率 → 高;

    • “吃”是动词的概率(如果前一个词是名词) → 高;

    • “鱼”是名词的概率(如果前一个词是动词) → 高。

import nltk

from nltk import hmm

# 训练数据:句子和对应的词性标签

train_data = [

    ("I love cats", ["PRON", "VERB", "NOUN"]),

    ("Cats eat fish", ["NOUN", "VERB", "NOUN"])

]

# 提取词性转移概率和发射概率

trainer = nltk.HiddenMarkovModelTrainer()

model = trainer.train_supervised(train_data)

# 预测新句子的词性

sentence = "I eat fish"

tags = model.tag(nltk.word_tokenize(sentence))

print(tags)

# 输出:[('I', 'PRON'), ('eat', 'VERB'), ('fish', 'NOUN')]


3. 条件随机场(CRF):命名实体识别

  • 原理:考虑整个句子的上下文信息,比HMM更灵活。

  • 通俗解释:在句子“马云在杭州创立了阿里巴巴”中:

    • HMM可能只根据“马云”和“阿里巴巴”单独判断;

    • CRF会结合“创立”“杭州”等上下文,更准确识别“马云”为人名,“阿里巴巴”为公司名。

import sklearn_crfsuite

# 训练数据:句子中的每个词及其特征(前后词、词性等)

train_data = [

    {

        'words': ['马云', '在', '杭州', '创立', '了', '阿里巴巴'],

        'labels': ['B-PER', 'O', 'B-LOC', 'O', 'O', 'B-ORG']

    }

]

# 定义特征函数:当前词、前一个词、词性等

def extract_features(sentence, i):

    word = sentence[i]

    features = {

        'word': word,

        'is_first_word': (i == 0),

        'is_last_word': (i == len(sentence)-1)

    }

    return features

# 训练CRF模型

X_train = [[extract_features(sent['words'], i) for i in range(len(sent['words']))] for sent in train_data]

y_train = [sent['labels'] for sent in train_data]


crf = sklearn_crfsuite.CRF()

crf.fit(X_train, y_train)


# 预测新句子

new_sentence = ['李彦宏', '在', '北京', '创办', '了', '百度']

X_new = [extract_features(new_sentence, i) for i in range(len(new_sentence))]

pred_labels = crf.predict_single(X_new)

print(list(zip(new_sentence, pred_labels)))

# 输出:[('李彦宏', 'B-PER'), ('在', 'O'), ('北京', 'B-LOC'), ('创办', 'O'), ('了', 'O'), ('百度', 'B-ORG')]


为什么概率图模型对NLP很重要?

  1. 处理不确定性:语言充满歧义(比如“苹果”),概率图模型能计算不同解释的可能性。

  2. 建模上下文依赖:HMM和CRF可以捕捉词与词之间的依赖关系(如动词后接名词)。

  3. 灵活的特征工程:CRF允许自定义特征(词性、词形、前后缀等),提升模型表现。

人工智能/第九阶段:机器学习-概率图模型/条件随机场 239楼

pip install scikit-learn matplotlib scikit-learn-extra
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.cluster import KMeans, MiniBatchKMeans
from sklearn_extra.cluster import KMedoids

# 加载数据集
iris = load_iris()
X = iris.data
y = iris.target

# 示例1: KMedoids
kmedoids = KMedoids(n_clusters=3, random_state=0)
kmedoids.fit(X)
labels_kmedoids = kmedoids.labels_

# 示例3: KMeans++ 初始化
kmeans_plus = KMeans(n_clusters=3, init='k-means++', random_state=0)
kmeans_plus.fit(X)
labels_kmeans_plus = kmeans_plus.labels_

# 示例4: elkan KMeans
kmeans_elkan = KMeans(n_clusters=3, algorithm='elkan', random_state=0)
kmeans_elkan.fit(X)
labels_kmeans_elkan = kmeans_elkan.labels_

# 示例5: Mini Batch KMeans
minibatch_kmeans = MiniBatchKMeans(n_clusters=3, random_state=0)
minibatch_kmeans.fit(X)
labels_minibatch = minibatch_kmeans.labels_

# 可视化聚类结果
fig, axs = plt.subplots(2, 2, figsize=(15, 10))

# KMedoids
axs[0, 0].scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels_kmedoids)
axs[0, 0].set_title('KMedoids')

# KMeans++
axs[0, 1].scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels_kmeans_plus)
axs[0, 1].set_title('KMeans++')

# elkan KMeans
axs[1, 0].scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels_kmeans_elkan)
axs[1, 0].set_title('elkan KMeans')

# Mini Batch KMeans
axs[1, 1].scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=labels_minibatch)
axs[1, 1].set_title('Mini Batch KMeans')

plt.show()

说明

  1. KMedoids: 使用scikit-learn-extra库中的KMedoids类进行实现,适合处理包含异常值的数据集。

  2. KMeans++: 通过设置init='k-means++'参数,使用KMeans++初始化方法,提高聚类效果。

  3. elkan KMeans: 通过设置algorithm='elkan'参数,使用elkan优化算法,减少距离计算。

  4. Mini Batch KMeans: 使用MiniBatchKMeans类,适合处理大规模数据集,提高计算效率。


人工智能/第七阶段:机器学习-无监督学习/KMeans聚类变形 240楼

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