torch.utils.data.DataLoader与迭代器转换操作

在做实验时，我们常常会使用用开源的数据集进行测试。而Pytorch中内置了许多数据集，这些数据集我们常常使用DataLoader类进行加载。
如下面这个我们使用DataLoader类加载torch.vision中的FashionMNIST数据集。

from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets
from torchvision.transforms import ToTensor
import matplotlib.pyplot as plt

training_data = datasets.FashionMNIST(
    root="data",
    train=True,
    download=True,
    transform=ToTensor()
)

test_data = datasets.FashionMNIST(
    root="data",
    train=False,
    download=True,
    transform=ToTensor()
)

我们接下来定义Dataloader对象用于加载这两个数据集：

train_dataloader = DataLoader(training_data, batch_size=64, shuffle=True)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64, shuffle=True)

那么这个train_dataloader究竟是什么类型呢？

print(type(train_dataloader))  # <class 'torch.utils.data.dataloader.DataLoader'>

我们可以将先其转换为迭代器类型。

print(type(iter(train_dataloader)))# <class 'torch.utils.data.dataloader._SingleProcessDataLoaderIter'>

然后再使用next(iter(train_dataloader))从迭代器里取数据，如下所示：

train_features, train_labels = next(iter(train_dataloader))
print(f"Feature batch shape: {train_features.size()}")
print(f"Labels batch shape: {train_labels.size()}")
img = train_features[0].squeeze()
label = train_labels[0]
plt.imshow(img, cmap="gray")
plt.show()
print(f"Label: {label}")

可以看到我们成功获取了数据集中第一张图片的信息，控制台打印：

Feature batch shape: torch.Size([64, 1, 28, 28])
Labels batch shape: torch.Size([64])
Label: 2

图片可视化显示如下：

不过有读者可能就会产生疑问，很多时候我们并没有将DataLoader类型强制转换成迭代器类型呀，大多数时候我们会写如下代码：

for train_features, train_labels in train_dataloader: 
    print(train_features.shape) # torch.Size([64, 1, 28, 28])
    print(train_features[0].shape) # torch.Size([1, 28, 28])
    print(train_features[0].squeeze().shape) # torch.Size([28, 28])
    
    img = train_features[0].squeeze()
    label = train_labels[0]
    plt.imshow(img, cmap="gray")
    plt.show()
    print(f"Label: {label}")

可以看到，该代码也能够正常迭代训练数据，前三个样本的控制台打印输出为：

torch.Size([64, 1, 28, 28])
torch.Size([1, 28, 28])
torch.Size([28, 28])
Label: 7
torch.Size([64, 1, 28, 28])
torch.Size([1, 28, 28])
torch.Size([28, 28])
Label: 4
torch.Size([64, 1, 28, 28])
torch.Size([1, 28, 28])
torch.Size([28, 28])
Label: 1

那么为什么我们这里没有显式将Dataloader转换为迭代器类型呢，其实是Python语言for循环的一种机制，一旦我们用for ... in ...句式来迭代一个对象，那么Python解释器就会偷偷地自动帮我们创建好迭代器，也就是说

for train_features, train_labels in train_dataloader:

实际上等同于

for train_features, train_labels in iter(train_dataloader):

更进一步，这实际上等同于

train_iterator = iter(train_dataloader)
try:
    while True:
        train_features, train_labels = next(train_iterator)
except StopIteration:
    pass

推而广之，我们在用Python迭代直接迭代列表时：

for x in [1, 2, 3, 4]:

其实Python解释器已经为我们隐式转换为迭代器了：

list_iterator = iter([1, 2, 3, 4])
try:
    while True:
        x = next(list_iterator)
except StopIteration:
    pass

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