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华为开源自研AI框架昇思MindSpore数据变换：Transforms

news 2025/7/12 7:57:02

通常情况下，直接加载的原始数据并不能直接送入神经网络进行训练，此时我们需要对其进行数据预处理。MindSpore提供不同种类的数据变换（Transforms），配合数据处理Pipeline来实现数据预处理。所有的Transforms均可通过map方法传入，实现对指定数据列的处理。

如果你对MindSpore感兴趣，可以关注昇思MindSpore社区

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一、环境准备

1.进入ModelArts官网

云平台帮助用户快速创建和部署模型，管理全周期AI工作流，选择下面的云平台以开始使用昇思MindSpore，获取安装命令，安装MindSpore2.0.0-alpha版本，可以在昇思教程中进入ModelArts官网

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选择下方CodeLab立即体验

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等待环境搭建完成

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2.使用CodeLab体验Notebook实例

下载NoteBook样例代码，.ipynb为样例代码

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选择Kernel环境

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进入昇思MindSpore官网，点击上方的安装

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获取安装命令

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回到Notebook中，在第一块代码前加入命令
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pip install --upgrade pip

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本章节中的示例代码依赖download，可使用命令pip install download安装

pip install download

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安装MindSpore2.0.0-alpha版本

conda install mindspore=2.0.0a0 -c mindspore -c conda-forge

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安装mindvision

pip install mindvision

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导入mindspore

import mindspore
from mindspore import nn
from mindspore.dataset import vision, transforms
from mindspore.dataset import MnistDataset

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二、数据变换 Transforms

mindspore.dataset提供了面向图像、文本、音频等不同数据类型的Transforms，同时也支持使用Lambda函数。下面分别对其进行介绍。

import numpy as np
from PIL import Image
from download import download
from mindspore.dataset import transforms, vision, text
from mindspore.dataset import GeneratorDataset, MnistDataset

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Common Transforms

mindspore.dataset.transforms模块支持一系列通用Transforms。这里我们以Compose为例，介绍其使用方式。

Compose

Compose接收一个数据增强操作序列，然后将其组合成单个数据增强操作。我们仍基于Mnist数据集呈现Transforms的应用效果。

# Download data from open datasetsurl = "https://mindspore-website.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/" \"notebook/datasets/MNIST_Data.zip"
path = download(url, "./", kind="zip", replace=True)train_dataset = MnistDataset('MNIST_Data/train')

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image, label = next(train_dataset.create_tuple_iterator())
print(image.shape)

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composed = transforms.Compose([vision.Rescale(1.0 / 255.0, 0),vision.Normalize(mean=(0.1307,), std=(0.3081,)),vision.HWC2CHW()]
)

train_dataset = train_dataset.map(composed, 'image')
image, label = next(train_dataset.create_tuple_iterator())
print(image.shape)

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Vision Transforms

mindspore.dataset.vision模块提供一系列针对图像数据的Transforms。在Mnist数据处理过程中，使用了Rescale、Normalize和HWC2CHW变换。下面对其进行详述。

Rescale

Rescale变换用于调整图像像素值的大小，包括两个参数：

rescale：缩放因子。
shift：平移因子。

图像的每个像素将根据这两个参数进行调整，输出的像素值为 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡𝑖=𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡𝑖∗𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒+𝑠ℎ𝑖𝑓𝑡

这里我们先使用numpy随机生成一个像素值在[0, 255]的图像，将其像素值进行缩放。

random_np = np.random.randint(0, 255, (48, 48), np.uint8)
random_image = Image.fromarray(random_np)
print(random_np)

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为了更直观地呈现Transform前后的数据对比，我们使用Transforms的Eager模式进行演示。首先实例化Transform对象，然后调用对象进行数据处理。

rescale = vision.Rescale(1.0 / 255.0, 0)
rescaled_image = rescale(random_image)
print(rescaled_image)

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可以看到，使用Rescale后的每个像素值都进行了缩放。

Normalize

Normalize变换用于对输入图像的归一化，包括三个参数：

mean：图像每个通道的均值。
std：图像每个通道的标准差。
is_hwc：输入图像格式为(height, width, channel)还是(channel, height, width)。

normalize = vision.Normalize(mean=(0.1307,), std=(0.3081,))
normalized_image = normalize(rescaled_image)
print(normalized_image)

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HWC2CWH

HWC2CWH变换用于转换图像格式。在不同的硬件设备中可能会对(height, width, channel)或(channel, height, width)两种不同格式有针对性优化。MindSpore设置HWC为默认图像格式，在有CWH格式需求时，可使用该变换进行处理。

这里我们先将前文中normalized_image处理为HWC格式，然后进行转换。可以看到转换前后的shape发生了变化。

hwc_image = np.expand_dims(normalized_image, -1)
hwc2cwh = vision.HWC2CHW()
chw_image = hwc2cwh(hwc_image)
print(hwc_image.shape, chw_image.shape)

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Text Transforms

mindspore.dataset.text模块提供一系列针对文本数据的Transforms。与图像数据不同，文本数据需要有分词（Tokenize）、构建词表、Token转Index等操作。这里简单介绍其使用方法。

首先我们定义三段文本，作为待处理的数据，并使用GeneratorDataset进行加载。

texts = ['Welcome to Beijing','北京欢迎您！','我喜欢China!',
]

test_dataset = GeneratorDataset(texts, 'text')

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BasicTokenizer

分词（Tokenize）操作是文本数据的基础处理方法，MindSpore提供多种不同的Tokenizer。这里我们选择基础的BasicTokenizer举例。配合map，将三段文本进行分词，可以看到处理后的数据成功分词。

test_dataset = test_dataset.map(text.BasicTokenizer())
print(next(test_dataset.create_tuple_iterator()))

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Lookup

Lookup为词表映射变换，用来将Token转换为Index。在使用Lookup前，需要构造词表，一般可以加载已有的词表，或使用Vocab生成词表。这里我们选择使用Vocab.from_dataset方法从数据集中生成词表。

vocab = text.Vocab.from_dataset(test_dataset)

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获得词表后我们可以使用vocab方法查看词表。

print(vocab.vocab())

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生成词表后，可以配合map方法进行词表映射变换，将Token转为Index。

test_dataset = test_dataset.map(text.Lookup(vocab))
print(next(test_dataset.create_tuple_iterator()))

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Lambda Transforms

Lambda函数是一种不需要名字、由一个单独表达式组成的匿名函数，表达式会在调用时被求值。Lambda Transforms可以加载任意定义的Lambda函数，提供足够的灵活度。在这里，我们首先使用一个简单的Lambda函数，对输入数据乘2：

test_dataset = GeneratorDataset([1, 2, 3], 'data', shuffle=False)
test_dataset = test_dataset.map(lambda x: x * 2)
print(list(test_dataset.create_tuple_iterator()))

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[[Tensor(shape=[], dtype=Int64, value= 2)], [Tensor(shape=[], dtype=Int64, value= 4)], [Tensor(shape=[], dtype=Int64, value= 6)]]
可以看到map传入Lambda函数后，迭代获得数据进行了乘2操作。

我们也可以定义较复杂的函数，配合Lambda函数实现复杂数据处理：

def func(x):return x * x + 2test_dataset = test_dataset.map(lambda x: func(x))

print(list(test_dataset.create_tuple_iterator()))

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目录

一、环境准备

1.进入ModelArts官网

2.使用CodeLab体验Notebook实例

二、数据变换 Transforms

Common Transforms

Compose

Vision Transforms

Rescale

Normalize

HWC2CWH

Text Transforms

BasicTokenizer

Lookup

Lambda Transforms

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