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PyTorch的DataLoader是数据加载的核心工具，可高效处理批量数据、并行加载和自动打乱。以下是一个结合实例的分步讲解：
1. 基础使用流程
import torch
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader# 自定义数据集类（必须实现__len__和__getitem__）
class MyDataset(Dataset):def __init__(self, data):self.data = data # 假设data是已加载的列表或张量def __len__(self):return len(self.data)def __getitem__(self, idx):sample = self.data[idx]return sample # 返回单个样本# 创建数据集实例
data = [torch.randn(3, 100, 100) for _ in range(100)] # 100张3通道100x100的假图片
dataset = MyDataset(data)# 创建DataLoader
dataloader = DataLoader(dataset,batch_size=16, # 每批16个样本shuffle=True, # 训练时打乱数据num_workers=2, # 使用2个子进程加载数据drop_last=True # 丢弃最后不足一个batch的数据
)# 遍历数据
for batch in dataloader:print(batch.shape) # 输出：torch.Size([16, 3, 100, 100])2. 结合实际场景的完整示例
场景：图像分类任务（CIFAR10）
import torchvision
from torchvision import transforms# 定义数据预处理
transform = transforms.Compose([transforms.Resize((32, 32)),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize(mean=[0.5], std=[0.5])
])# 加载CIFAR10数据集
train_set = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True,transform=transform # 应用预处理
)# 创建DataLoader
train_loader = DataLoader(train_set,batch_size=64,shuffle=True,num_workers=4
)# 训练循环示例
for epoch in range(10):for images, labels in train_loader:images = images.to('cuda') # 数据转移到GPUlabels = labels.to('cuda')# 此处插入模型训练代码...
3. 关键参数详解
- batch_size：控制内存消耗与梯度稳定性
- shuffle：训练集=True（防止模型记忆顺序），测试集=False
- num_workers：根据CPU核心数调整（建议值：CPU核心数-1）
- collate_fn：自定义批次处理逻辑（处理不同尺寸数据时有用）
- pin_memory：当使用GPU时=True（加速数据到GPU的传输）
4. 处理非对齐数据（自定义collate_fn）
def collate_fn(batch):# batch是包含多个__getitem__返回值的列表images = [item[0] for item in batch]labels = [item[1] for item in batch]# 对图像进行动态填充images = torch.nn.utils.rnn.pad_sequence(images, batch_first=True)labels = torch.tensor(labels)return images, labelsloader = DataLoader(dataset, collate_fn=collate_fn)
5. 性能优化技巧
预加载数据：对于小数据集，使用TensorDataset直接加载到内存
data = torch.randn(1000, 3, 256, 256)
labels = torch.randint(0, 10, (1000,))
dataset = torch.utils.data.TensorDataset(data, labels)
多进程优化：设置num_workers后，建议禁用共享内存
import torch.multiprocessing
torch.multiprocessing.set_sharing_strategy('file_system')
混合精度训练：结合autocast使用
with torch.cuda.amp.autocast():for data in dataloader:# 训练代码...
6. 常见问题排查
- 内存不足：降低
batch_size或使用梯度累积 - 数据加载慢：检查磁盘I/O速度，增加num_workers
- 数据不匹配：检查__getitem__返回的维度顺序是否与模型匹配