Tensorflow 中（批量）读取数据的案列分析及TFRecord文件的打包与读取

内容概要：

单一数据读取方式：

　　第一种：slice_input_producer()

# 返回值可以直接通过 Session.run([images, labels])查看，且第一个参数必须放在列表中，如[...]

[images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)

　　第二种：string_input_producer()

# 需要定义文件读取器，然后通过读取器中的 read()方法来获取数据（返回值类型 key,value），再通过 Session.run(value)查看

file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=None, shuffle=True)

reader = tf.WholeFileReader()           # 定义文件读取器

key, value = reader.read(file_queue)    # key：文件名；value：文件中的内容

　　！！！num_epochs=None，不指定迭代次数，这样文件队列中元素个数也不限定（None*数据集大小）。

　　！！！如果

它

None

epochs

local_variables_initializer()

　　！！！以上两种方法都可以生成文件名队列。

（随机）批量数据读取方式：

batchsize=2　　# 每次读取的样本数量

tf.train.batch(tensors, batch_size=batchsize)

tf.train.shuffle_batch(tensors, batch_size=batchsize, capacity=batchsize*10, min_after_dequeue=batchsize*5) # capacity > min_after_dequeue

　　！！！以上所有读取数据的方法，在Session.run()之前必须开启文件队列线程 tf.train.start_queue_runners()

 TFRecord文件的打包与读取

 一、单一数据读取方式

第一种：slice_input_producer()

def slice_input_producer(tensor_list, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None)

案例1：

import tensorflow as tf

images = ['image1.jpg', 'image2.jpg', 'image3.jpg', 'image4.jpg']
labels = [1, 2, 3, 4]

# [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)

# 当num_epochs=2时，此时文件队列中只有 2*4=8个样本，所有在取第9个样本时会出错
# [images, labels] = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=2, shuffle=True)

data = tf.train.slice_input_producer([images, labels], num_epochs=None, shuffle=True)
print(type(data))   # <class 'list'>

with tf.Session() as sess:
# sess.run(tf.local_variables_initializer())
sess.run(tf.local_variables_initializer())
coord = tf.train.Coordinator()  # 线程的协调器
threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)  # 开始在图表中收集队列运行器

for i in range(10):
print(sess.run(data))

coord.request_stop()
coord.join(threads)

"""
运行结果：
[b'image2.jpg', 2]
[b'image1.jpg', 1]
[b'image3.jpg', 3]
[b'image4.jpg', 4]
[b'image2.jpg', 2]
[b'image1.jpg', 1]
[b'image3.jpg', 3]
[b'image4.jpg', 4]
[b'image2.jpg', 2]
[b'image3.jpg', 3]
"""

　　！！！slice_input_producer() 中的第一个参数需要放在一个列表中，列表中的每个元素可以是 List 或 Tensor，如 [images，labels]，

　　！！！num_epochs设置

 第二种：string_input_producer()

def string_input_producer(string_tensor, num_epochs=None, shuffle=True, seed=None, capacity=32, shared_name=None, name=None, cancel_op=None)

文件读取器

　　不同类型的文件对应不同的文件读取器，我们称为 reader对象；

　　该对象的 read 方法自动读取文件，并创建数据队列，输出key/文件名，value/文件内容；

reader = tf.TextLineReader()      ### 一行一行读取，适用于所有文本文件

reader = tf.TFRecordReader()      ### A Reader that outputs the records from a TFRecords file

reader = tf.WholeFileReader()     ### 一次读取整个文件，适用图片

 案例2：读取csv文件

iimport tensorflow as tf

filename = ['data/A.csv', 'data/B.csv', 'data/C.csv']

file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=True, num_epochs=2)   # 生成文件名队列
reader = tf.WholeFileReader()           # 定义文件读取器（一次读取整个文件）
# reader = tf.TextLineReader()            # 定义文件读取器(一行一行的读)
key, value = reader.read(file_queue)    # key：文件名；value：文件中的内容
print(type(file_queue))

init = [tf.global_variables_initializer(), tf.local_variables_initializer()]
with tf.Session() as sess:
sess.run(init)
coord = tf.train.Coordinator()
threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)
try:
while not coord.should_stop():
for i in range(6):
print(sess.run([key, value]))
break
except tf.errors.OutOfRangeError:
print('read done')
finally:
coord.request_stop()
coord.join(threads)

"""
reader = tf.WholeFileReader()           # 定义文件读取器（一次读取整个文件）
运行结果：
[b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
[b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
[b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
[b'data/A.csv', b'1.jpg,1\n2.jpg,2\n3.jpg,3\n']
[b'data/B.csv', b'4.jpg,4\n5.jpg,5\n6.jpg,6\n']
[b'data/C.csv', b'7.jpg,7\n8.jpg,8\n9.jpg,9\n']
ad8

"""
"""
reader = tf.TextLineReader()           # 定义文件读取器(一行一行的读)
运行结果：
[b'data/B.csv:1', b'4.jpg,4']
[b'data/B.csv:2', b'5.jpg,5']
[b'data/B.csv:3', b'6.jpg,6']
[b'data/C.csv:1', b'7.jpg,7']
[b'data/C.csv:2', b'8.jpg,8']
[b'data/C.csv:3', b'9.jpg,9']
"""

案例3：读取图片（每次读取全部图片内容，不是一行一行）

import tensorflow as tf

filename = ['1.jpg', '2.jpg']
filename_queue = tf.train.string_input_producer(filename, shuffle=False, num_epochs=1)
reader = tf.WholeFileReader()              # 文件读取器
key, value = reader.read(filename_queue)   # 读取文件 key:文件名；value：图片数据，bytes

with tf.Session() as sess:
tf.local_variables_initializer().run()
coord = tf.train.Coordinator()      # 线程的协调器
threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)

for i in range(filename.__len__()):
image_data = sess.run(value)
with open('img_%d.jpg' % i, 'wb') as f:
f.write(image_data)
coord.request_stop()
coord.join(threads)

 二、（随机）批量数据读取方式：

　　功能：shuffle_batch() 和 batch() 这两个API都是从文件队列中批量获取数据，使用方式类似；

案例4：slice_input_producer() 与 batch()

import tensorflow
ad0
as tf
import numpy as np

images = np.arange(20).reshape([10, 2])
label = np.asarray(range(0, 10))
images = tf.cast(images, tf.float32)　　# 可以注释掉，不影响运行结果
label = tf.cast(label, tf.int32)　　　　 # 可以注释掉，不影响运行结果

batchsize = 6   # 每次获取元素的数量
input_queue = tf.train.slice_input_producer([images, label], num_epochs=None, shuffle=False)
image_batch, label_batch = tf.train.batch(input_queue, batch_size=batchsize)

# 随机获取 batchsize个元素，其中，capacity：队列容量，这个参数一定要比 min_after_dequeue 大
# image_batch, label_batch = tf.train.shuffle_batch(input_queue, batch_size=batchsize, capacity=64, min_after_dequeue=10)

with tf.Session() as sess:
coord = tf.train.Coordinator()      # 线程的协调器
threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 开始在图表中收集队列运行器
for cnt in range(2):
print("第{}次获取数据,每次batch={}...".format(cnt+1, batchsize))
image_batch_v, label_batch_v = sess.run([image_batch, label_batch])
print(image_batch_v, label_batch_v, label_batch_v.__len__())

coord.request_stop()
coord.join(threads)

"""
运行结果：
第1次获取数据,每次batch=6...
[[ 0.  1.]
[ 2.  3.]
[ 4.  5.]
[ 6.  7.]
[ 8.  9.]
[10. 11.]] [0 1 2 3 4 5] 6
第2次获取数据,每次batch=6...
[[12. 13.]
[14. 15.]
[16. 17.]
[18. 19.]
[ 0.  1.]
[ 2.  3.]] [6 7 8 9
56c
0 1] 6
"""

 案例5：从本地批量的读取图片 --- string_input_producer() 与 batch()

import tensorflow as tf
import glob
import cv2 as cv

def read_imgs(filename, picture_format, input_image_shape, batch_size=1):
"""
从本地批量的读取图片
:param filename: 图片路径（包括图片的文件名），[]
:param picture_format: 图片的格式，如 bmp,jpg,png等; string
:param input_image_shape: 输入图像的大小; (h,w,c)或[]
:param batch_size: 每次从文件队列中加载图片的数量; int
:return: batch_size张图片数据, Tensor
"""
global new_img
# 创建文件队列
file_queue = tf.train.string_input_producer(filename, num_epochs=1, shuffle=True)
17     # 创建文件读取器
reader = tf.WholeFileReader()
# 读取文件队列中的文件
_, img_bytes = reader.read(file_queue)
# print(img_bytes)    # Tensor("ReaderReadV2_19:1", shape=(), dtype=string)
# 对图片进行解码
if picture_format == ".bmp":
new_img = tf.image.decode_bmp(img_bytes, channels=1)
elif picture_format == ".jpg":
new_img = tf.image.decode_jpeg(img_bytes, channels=3)
else:
pass
# 重新设置图片的大小
# new_img = tf.image.resize_images(new_img, input_image_shape)
new_img = tf.reshape(new_img, input_image_shape)
# 设置图片的数据类型
new_img = tf.image.convert_image_dtype(new_img, tf.uint8)

# return new_img
36     return tf.train.batch([new_img], batch_size)

def main():
image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人脸库\ORL\*.bmp')
image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
print(type(image_batch))
# image_path = glob.glob(r'.\*.jpg')
# image_batch = read_imgs(image_path, ".jpg", (313, 500, 3), 1)

sess = tf.Session()
sess.run(tf.local_variables_initializer())
tf.train.start_queue_runners(sess=sess)

image_batch = sess.run(image_batch)
print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>

for i in range(image_batch.__len__()):
cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
cv.waitKey()
cv.destroyAllWindows()

def start():
image_path = glob.glob(r'F:\demo\FaceRecognition\人脸库\ORL\*.bmp')
image_batch = read_imgs(image_path, ".bmp", (112, 92, 1), 5)
print(type(image_batch))    # <class 'tensorflow.python.framework.ops.Tensor'>

with tf.Session() as sess:
sess.run(tf.local_variables_initializer())
coord = tf.train.Coordinator()      # 线程的协调器
threads = tf.train.start_queue_runners(sess, coord)     # 开始在图表中收集队列运行器
image_batch = sess.run(image_batch)
print(type(image_batch))    # <class 'numpy.ndarray'>

for i in range(image_batch.__len__()):
cv.imshow("win_"+str(i), image_batch[i])
cv.waitKey()
cv.destroyAllWindows()

# 若使用 with 方式打开 Session，且没加如下2行语句，则会出错
# ERROR:tensorflow:Exception in QueueRunner: Enqueue operation was cancelled；
# 原因：文件队列线程还处于工作状态（队列中还有图片数据），而加载完batch_size张图片会话就会自动关闭，同时关闭文件队列线程
coord.request_stop()
coord.join(threads)

if __name__ == "__main__":
# main()
start()

案列6：TFRecord文件打包与读取

def write_TFRecord(filename, data, labels, is_shuffler=True):
"""
将数据打包成TFRecord格式
:param filename: 打包后路径名，默认在工程目录下创建该文件；String
:param data: 需要打包的文件路径名；list
:param labels: 对应文件的标签；list
:param is_shuffler:是否随机初始化打包后的数据，默认：True；Bool
:return: None
"""
im_data = list(data)
im_labels = list(labels)

index = [i for i in range(im_data.__len__())]
if is_shuffler:
np.random.shuffle(index)

# 创建写入器，然后使用该对象写入样本example
writer = tf.python_io.TFRecordWriter(filename)
for i in range(im_data.__len__()):
im_d = im_data[index[i]]    # im_d:存放着第index[i]张图片的路径信息
im_l = im_labels[index[i]]  # im_l：存放着对应图片的标签信息

# # 获取当前的图片数据  方式一：
# data = cv2.imread(im_d)
# # 创建样本
26         # ex = tf.train.Example(
#     features=tf.train.Features(
#         feature={
#             "image": tf.train.Feature(
#                 bytes_list=tf.train.BytesList(
#                     value=[data.tobytes()])), # 需要打包成bytes类型
#             "label": tf.train.Feature(
#                 int64_list=tf.train.Int64List(
#                     value=[im_l])),
#         }
#     )
# )
# 获取当前的图片数据  方式二：相对于方式一，打包文件占用空间小了一半多
data = tf.gfile.FastGFile(im_d, "rb").read()
ex = tf.train.Example(
features=tf.train.Features(
feature={
"image
ad8
": tf.train.Feature(
bytes_list=tf.train.BytesList(
value=[data])), # 此时的data已经是bytes类型
"label": tf.train.Feature(
int64_list=tf.train.Int64List(
value=[im_l])),
}
)
)

# 写入将序列化之后的样本
writer.write(ex.SerializeToString())
# 关闭写入器
writer.close()

import tensorflow as tf
import cv2

def read_TFRecord(file_list, batch_size=10):
"""
读取TFRecord文件
:param file_list: 存放TFRecord的文件名，List
:param batch_size: 每次读取图片的数量
:return: 解析后图片及对应的标签
"""
file_queue = tf.train.string_input_producer(file_list, num_epochs=None, shuffle=True)
reader = tf.TFRecordReader()
_, ex = reader.read(file_queue)
batch = tf.train.shuffle_batch([ex], batch_size, capacity=batch_size * 10, min_after_dequeue=batch_size * 5)

feature = {
ad8

'image': tf.FixedLenFeature([], tf.string),
'label': tf.FixedLenFeature([], tf.int64)
}
example = tf.parse_example(batch, features=feature)

images = tf.decode_raw(example['image'], tf.uint8)
images = tf.reshape(images, [-1, 32, 32, 3])

return images, example['label']

def main():
# filelist = ['data/train.tfrecord']
filelist = ['data/test.tfrecord']
images, labels = read_TFRecord(filelist, 2)
with tf.Session() as sess:
sess.run(tf.local_variables_initializer())
coord = tf.train.Coordinator()
threads = tf.train.start_queue_runners(sess=sess, coord=coord)

try:
while not coord.should_stop():
for i in range(1):
image_bth, _ = sess.run([images, labels])
print(_)

cv2.imshow("image_0", image_bth[0])
cv2.imshow("image_1", image_bth[1])
break
except tf.errors.OutOfRangeError:
print('read done')
finally:
coord.request_stop()
coord.join(threads)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

if __name__ == "__main__":
main()