Python實現識別手寫數字 簡易圖片存儲管理系統

寫在前面

上一篇文章Python實現識別手寫數字—圖像的處理中我們講了圖片的處理，將圖片經過剪裁，拉伸等操作以后將每一個圖片變成了1x10000大小的向量。但是如果只是這樣的話，我們每一次運行的時候都需要將他們計算一遍，當圖片特別多的時候會消耗大量的時間。

所以我們需要將這些向量存入一個文件當中，每次先看看圖庫中有沒有新增的圖片，如果有新增的圖片，那么就將新增的圖片變成1x10000向量再存入文件之中，然后從文件中讀取全部圖片向量即可。當圖庫中沒有新增圖片的時候，那么就直接調用文件中的圖片向量進行計算就好。這樣子算是節省了大量的時間。

所以本文就是從零開始建立一個這樣的圖片存儲管理系統。

實現邏輯

第一次讀入圖片

我們的圖庫中擁有一大堆圖片，每一張圖片上面都是一個手寫的數字，圖片的名稱為[數字內容]_[序號]。比如說一個圖片的名稱為2_3，代表這一張圖片里面的數字是2，并且是“數字是2的第3張圖片”。

存在一個csv文件作為我們的建議的圖片數據庫，名稱為Data.csv。

首先我們讀取圖庫中所有圖片的名稱，保存在fileNames中。然后讀取Data.csv中所有數據。

提取出Data.csv的最后一列（一共10002列，第10001列說明該數字是什么數字，第10002列是圖片的名稱），也就是數據庫中存儲的所有圖片的名稱，存儲在item中。

將新加入圖庫的圖片名稱保存在newFileNames中。如果Data.csv為空，那么就直接令newFileNames = fileNames。也就是說如果數據庫中什么也沒有，那么圖庫中所有圖片都是新加入的。

如果Data.csv不為空，那么就將item里面的內容與fileNames的內容比較，如果出現了fileNames里面有的名稱item中沒有，那么就將這些名稱放進newFileNames中。如果item里有的名稱fileNames中沒有，那就不管。

也就是說，我令我們的數據庫只進不出。

現在我們得到了新加入圖庫的圖片的名稱newFileNames。

將newFileNames中的名稱的圖片帶入上一文中函數GetTrainPicture進行處理，得到了一個nx10001的矩陣，每一行代表一個新加入的圖片，前10000列是圖片向量，第10001列是該圖片的數字，保存在pic中。

將這些圖片壓入到數據庫的后面。

讀取之前數據庫原有的圖片向量，并與pic合并，得到目前擁有的所有的訓練圖片向量pic。

以上就是本章寫的所有內容，下面放出代碼來詳細解釋一下。

代碼解析

主文件

import os
import numpy as np
import OperatePicture as OP
import OperateDataBase as OD
import csv

##Essential vavriable 基礎變量
#Standard size 標準大小
N = 100
#Gray threshold 灰度閾值
color = 100/255

#讀取原CSV文件
reader = list(csv.reader(open('DataBase.csv', encoding = 'utf-8')))
#清除讀取后的第一個空行
del reader[0]
#讀取num目錄下的所有文件名
fileNames = os.listdir(r"./num/")
#對比fileNames與reader，得到新增的圖片newFileNames
newFileNames = OD.NewFiles(fileNames, reader)
print('New pictures are: 'newFileNames)
#得到newFilesNames對應的矩陣
pic = OP.GetTrainPicture(newFileNames)
#將新增圖片矩陣存入CSV中
OD.SaveToCSV(pic, newFileNames)
#將原數據庫矩陣與新數據庫矩陣合并
pic = OD.Combination(reader, pic)

我將兩節內容分別封裝在兩個py文件里面，上一篇文章中的圖片的切割與處理等所有內容我放在文件OperatePicture里面了，這一節的數據庫處理放在了文件OperateDatabase里面。

因為整個代碼的邏輯我在上面已經捋過一遍了，所以我不再解釋其中的內容，接下來針對每個函數開始講解。

OperateDatabase代碼

從上面的主文件中，我們首先用到了函數NewFiles，主要是對比fileNames和reader這兩個文件中圖片的名稱有什么不同，返回值是新增的圖片的名稱的列表。下面是代碼

def NewFiles(fileNames, reader):
 '''判斷是否有不同于數據庫中的新文件加入'''
 #如果數據庫中沒有數據，則返回filenames
 if len(reader) == 0:
  return fileNames
 else:
  #從數據庫中提取所有名稱
  files = [item[10001] for item in reader]
  #需要加入的圖片名稱
  newFileNames = []
  for item in fileNames:
   #判斷當前名稱是否存在數據庫中
   #如果不存在，則加入newFileNames
   if item not in files:
    newFileNames.append(item)
  return newFileNames

首先判斷reader是否有內容，如果沒有內容，說明是第一次執行，那么會直接把fileNames返回。否則才會進入下面進行比較。

返回了newFileNames之后，就會把這個列表中的所有名稱的圖片通過GetTrainPicture函數得到一個1x10001大小的矩陣，具體過程請看我上一篇文章講的內容。

之后為了把新的數據存入CSV文件中，我們利用函數SaveToCSV將pic存入文件中，具體代碼如下。

def SaveToCSV(pic, fileNames):
 '''將pic與對應的dileNames存入CSV文件'''
 writer = csv.writer(open('Database.csv', 'a', newline = ''), dialect = 'excel')
 #將fileNames變為列表
 f = [item for item in fileNames]
 #每一行依次寫入文件中
 for i in range(len(pic)):
  #將改行圖片向量轉為list
  item = pic[i].tolist()
  #將這個圖片向量對應的名稱f放入列表最后一個
  item.append(f[i])
  writer.writerow(item)

當函數運行過后，會把pic矩陣對應的內容直接給續寫入CSV文件中，相當于數據庫操縱的寫入，并不會覆蓋之前原有的數據。

之后我們需要將數據庫原有的一大堆數據reader和新加進來的數據pic合并到pic里面，所以利用Combination函數將兩個矩陣合并，代碼如下

def Combination(reader, pic):
 '''將兩個矩陣reader與pic合并'''
 #兩個矩陣的總行數
 l = len(reader) + len(pic)
 #初始化新的矩陣
 newPic = np.zeros(l*10001).reshape(l, 10001)
 #將reader最后的那個字符串名稱去掉
 for item in reader:
  item.pop()
 #將reader轉化為numpy的矩陣形式
 reader = np.array(reader)
 #新矩陣前半部分放reader，后半部分放pic
 if len(reader) != 0:
  newPic[0:len(reader), :] = reader
 newPic[len(reader):len(pic), :] = pic
 return newPic

因為reader最后一行還包括了一個圖片的名稱，所以先利用pop將其去掉，之后轉化為矩陣形式，然后再直接放入矩陣中。這個矩陣操作可能沒有見過，下面我詳細解釋一下。

假如我現在有一個2x3的矩陣和一個2x2的矩陣

m = [[1 2 3]
  [4 5 6]]
n = [[7 8]
  [9 1]]

我可以進行如下操作

#操作一
m[:, 0:2] = n
print(m)
#操作二
m[:, 1:3] = n
print(m)

#以下為輸出結果
#操作一
[[7 8 3]
 [9 1 6]]
#操作二
[[7 7 8]
 [9 9 1]]

可以看出操作一直接把m的第一二列給替換成n，操作二把m的第二三列替換成了n。具體過程可以百度查一下numpy的矩陣的操作，也可以自己總結規律，不細講了。

以上就是這一篇的全部代碼。

小結

這一篇我相當于用CSV文件制作了一個非常簡陋的數據庫，能夠執行的操作只有識別已有內容NewFiles與添加內容SaveToCSV，并沒有插入、刪改等操作。主要是我覺得這兩個函數目前已經夠用，因此只寫了這兩個操作，所以再需求已經被滿足的情況下就不再拓展了。

所有的源代碼已經上傳到了我的GitHub上，可以前去下載，謝謝閱讀。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。