Pytorch Lightning Multiclass 3D image classifier only predicts one class

Okay so to state first:
I have no coding / AI background, i have been learning this over the past few months, and i want to learn more!

After some time i created an image classifier with the help of pytorch lightning with the medmnist dataset, when i was confident that everything worked, i changed to another dataset.
But now it only guesses one class. I have been researching this problem and it often says data imbalance, which is an issue for me. But i thought with correct weights it should fix the problem of only guessing 1 class. But this did not work for me. I have tried to have more balanced data but still same issue.
So i have been trying a lot of solutions and checking if the optimizers work correctly, which i think they do..

Also



def main():

    import torch
    import os
    from torch import optim, utils, Tensor
    import torch.nn as nn
    import torch.utils.data as data
    from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
    from torchvision.transforms import ToTensor
    from tqdm import tqdm
    import torchmetrics
    from torchmetrics.classification import MulticlassROC, MulticlassAUROC
    from lightning.pytorch.callbacks import ModelCheckpoint
    import lightning as L

    import numpy as np
    from sklearn.utils.class_weight import compute_class_weight
    
    import datetime
    current_datetime = datetime.datetime.now()
    month = current_datetime.month
    day = current_datetime.day
    hour = current_datetime.hour
    minute = current_datetime.minute
    todaysdate = "{:02d}-{:02d}_{:02d}:{:02d}".format(month, day, hour, minute)

    """# Model - Data Prep"""
    #                      Importing the datasets
    print(f"{todaysdate} nImporting Perfusion dataset...   ")

    from MyFile.Tryouts.NewLoader import perfusionmaps_dataset

    ##                      Dataset:
    dataset_train = perfusionmaps_dataset(mode='train', method='sv', relative=True)
    dataset_val = perfusionmaps_dataset(mode='val', method='sv', relative=True)
    dataset_test = perfusionmaps_dataset(mode='test', method='sv', relative=True)
    
    print(f'        Trainset: {len(dataset_train)}, '
                    f'valset: {len(dataset_val)}, testset: {len(dataset_test)}')

    lr = 0.001

    ##                      Dataloader
    batch_size_final = 1
    train_loader = data.DataLoader(dataset_train, batch_size=batch_size_final, shuffle=True)
    val_loader = data.DataLoader(dataset_val, batch_size=batch_size_final, shuffle=False)
    test_loader = data.DataLoader(dataset_test, batch_size=batch_size_final, shuffle=False)

    # ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    #                       Label names printing
    classes_labels = {
        0: "Other (m3 or anterior)",
        1: "ICA",
        2: "ICA-T",
        3: "M1",
        4: "M2",
        5: "No occlusion"
    }
    num_classes = len(classes_labels)
    classes = list(classes_labels.keys())
    label_names = list(classes_labels.values())
    print(f"        Classes with Labels:    {num_classes}n" 
          f"        Classes numerical:      {classes} n"
          f"        Label names:            {label_names[:3]}n"
          f"                                    ...{label_names[3:]}n"
          f"        Learning Rate:          {lr}n"
          f"        Batch Size:             {batch_size_final}n"

    print("... Done!n")

    # CCN MODEL DEFINITION
    print(f"Model setup:")
    # Ques_print = input("        Model size diagnosis? (Yes/No)   ").lower()
    Ques_print = "No".lower()
    Q_New_or_save = input("        New training (New) or from earlier save (Save)?: ").lower()
    # Q_New_or_save = "new".lower()
    if Q_New_or_save == "new":
        # NUM_EPOCHS = int(input("        How many epochs?: "))
        NUM_EPOCHS = 5
    print(f"... Setup done")

    writer = SummaryWriter("")      

    class CNNModel(L.LightningModule):
        def __init__(self):
            super(CNNModel, self).__init__()
            # input (1, 256,256,32)
            ## Layer 1
            self.conv1 = nn.Conv3d(1, 32, kernel_size=(3, 3, 3), stride=(1, 1, 1), padding=1)
            self.relu1 = nn.ReLU()
            self.pooling1 = nn.MaxPool3d(kernel_size=2, stride=2)
            # output (32, 128,128,16)

            ## Layer 2
            self.conv2 = nn.Conv3d(32, 64, kernel_size=(3, 3, 3), stride=(1, 1, 1), padding=1)
            self.relu2 = nn.ReLU()
            self.pooling2 = nn.MaxPool3d(kernel_size=2, stride=2)
            # output (64, 64, 64, 8)

            ## Layer 3
            self.conv3 = nn.Conv3d(64, 128, kernel_size=(3, 3, 3), stride=(1, 1, 1), padding=1)
            self.relu3 = nn.ReLU()
            self.pooling3 = nn.MaxPool3d(kernel_size=2, stride=2)
            # output (128, 32,32,4)

            ## Layer 4          -       Extra layered
            self.conv4 = nn.Conv3d(128, 256, kernel_size=(3, 3, 3), stride=(1, 1, 1), padding=1)
            self.relu4 = nn.ReLU()
            self.pooling4 = nn.MaxPool3d(kernel_size=2, stride=2)
            # output (256, 16,16,2)

            self.flatten = nn.Flatten()
            # output (524288)       -       (131072)

            self.fc1 = nn.Linear(256 *16*16*2, 1028)
            self.relu5 = nn.ReLU()
            # self.fc1 = nn.Linear(128 * 32 * 32 * 4, 512)
            # self.relu4 = nn.ReLU()
            # output (512)      -    (1028)

            self.fc2 = nn.Linear(1028, 256)
            self.relu5 = nn.ReLU()
            # output (256)

            # self.fc2 = nn.Linear(512, num_classes)
            self.fc3 = nn.Linear(256, num_classes)
            self.softmax = nn.Softmax(dim=1)
            # output (6) Classes

            # Extra
            self.on_validation_step_outputs = []
            self.on_test_step_outputs = []

            ## Torch Lightning metrics
            # Accuracy
            self.train_acc = torchmetrics.classification.Accuracy(task='multiclass',
                                                                  num_classes=num_classes,
                                                                  average='weighted')
            self.val_acc = torchmetrics.classification.Accuracy(task='multiclass',
                                                                num_classes=num_classes,
                                                                average='none')
            self.val_W_acc = torchmetrics.classification.Accuracy(task='multiclass',
                                                                  num_classes=num_classes,
                                                                  average='weighted',
                                                                  multidim_average='global')
            self.test_acc = torchmetrics.classification.Accuracy(task='multiclass',
                                                                 num_classes=num_classes,

            # Loss functions
            self.criterion = nn.CrossEntropyLoss()

        def forward(self, x):
            batch_size, channels, width, height, depth = x.size()
            # print(f"batch_size:{batch_size}")
            if Ques_print == "yes":
                print(f"Before anything: {x.size()}")

            x = self.relu1(self.conv1(x))
            x = self.pooling1(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after conv1: {x.size()}")

            x = self.relu2(self.conv2(x))
            x = self.pooling2(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after conv2: {x.size()}")

            x = self.relu3(self.conv3(x))
            x = self.pooling3(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after conv3: {x.size()}")

            x = self.relu4(self.conv4(x))
            x = self.pooling4(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after conv4: {x.size()}")

            # Flattening
            x = x.view(-1, 131072)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after flattening: {x.size()}")

            # x = self.relu4(self.fc1(x))
            x = self.relu5(self.fc1(x))

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after fc1: {x.size()}")

            # x = self.fc2(x)
            x = self.relu5(self.fc2(x))

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after fc2: {x.size()}")

            x = self.fc3(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after fc3: {x.size()}")

            x = self.softmax(x)

            if Ques_print == "yes":
                print(f"after softmax: {x.size()}")

            print(f'end x: {x}')

            return x

        def training_step(self, batch, batch_idx):
            # Prep
            x, labels, Labels_int = batch

            labels_int = [tensor[0].item() for tensor in Labels_int]

            comp_class_weights = compute_class_weight('balanced',
                                                      classes=np.unique(labels_int),
                                                      y=labels_int)

            class_weights = torch.tensor(comp_class_weights,
                                         dtype=torch.float32).to(self.device)

            print(f'Class Weights: {class_weights}')

            # # Training
            x = x.float()
            x = x.view(x.size(0), 1, 256, 256, 32)
            logits = self.forward(x)

            # print(f"nLogits: {logits}nlabels: {labels}")

            # Loss
            criterion_weighted = nn.CrossEntropyLoss(weight=class_weights)
            loss = criterion_weighted(logits, labels)

            self.log("train/loss", loss)
            tensorboard_logs = {'train_loss': loss}

            # Track accuracy
            self.train_acc(logits, labels)
            self.log('train/acc', self.train_acc,
                     on_step=False, on_epoch=True)

            # return loss
            return {'loss': loss, 'log': tensorboard_logs}

        def validation_step(self, batch, batch_idx):
            x_val, labels_val = batch
            x_val = x_val.float()
            logits = self.forward(x_val)

            loss_val = self.criterion(logits, labels_val)

            self.on_validation_step_outputs.append(loss_val)

            # Acc per Class
            labels_val = torch.argmax(labels_val, dim=1)
            # print(f"Problem with val_acc?: {logits.shape},{labels_val.shape}")
            self.val_acc(logits, labels_val)
            accuracy_value = self.val_acc.compute()

            # print(f"accuracy_value: {accuracy_value}")
            # print(f"accuracy_value.shape: {accuracy_value.shape}")

            for i in range(accuracy_value.shape[0]):
                self.log(f'val/acc/class_{i}', accuracy_value[i],
                         on_step=True, on_epoch=True)

            # Acc weighted mean
            # print(f"Problem with val_W_acc?: {logits.shape},{labels_val.shape}")
            self.val_W_acc(logits, labels_val)
            accuracy_W_value = self.val_W_acc.compute()
            accuracy_W_value = accuracy_W_value.item()

            self.log('val/W_acc', accuracy_W_value,
                     on_step=False, on_epoch=True)

            return loss_val, accuracy_W_value

        def on_validation_epoch_end(self):
            average_val_loss = torch.stack(self.on_validation_step_outputs).mean()
            self.log("val/loss", average_val_loss, prog_bar=True)

            tensorboard_logs = {'val/loss': average_val_loss}
            self.on_validation_step_outputs.clear()

            return {'avg_val_loss': average_val_loss, 'log': tensorboard_logs}

        def test_step(self, batch, batch_idx):
            x_test, labels_test = batch
            x_test = x_test.float()
            y_test = self.forward(x_test)

            print(f'ny_test: {y_test}')
            print(f'labels_test: {labels_test}')

            # labels_test = labels_test.view(-1).long()
            # print("Before loss function")
            loss_test = self.criterion(y_test, labels_test)
            self.on_test_step_outputs.append(loss_test)

            labels_test = torch.argmax(labels_test, dim=1)
            print(f"y_test: {y_test}"
                  f"labels_test: {labels_test}")

            # print("Before accuracy function")
            accuracy_value_test = self.test_acc(y_test, labels_test)
            # accuracy_value_test = test_acc_.compute()
            for i in range(accuracy_value_test.shape[0]):
                self.log(f'test/acc/class_{i}', accuracy_value_test[i],
                         on_step=True, on_epoch=False)

            return loss_test

        def on_test_epoch_end(self):
            average_test_loss = torch.stack(self.on_test_step_outputs).mean()
            self.log("test/loss", average_test_loss, prog_bar=True)

            tensorboard_logs = {'test/loss': average_test_loss}
            self.on_test_step_outputs.clear()

            return {'avg_test_loss': average_test_loss, 'log': tensorboard_logs}

        def configure_optimizers(self):
            optimizer = optim.Adam(self.parameters(), lr=lr)

            return optimizer

    # Initialize the CNN model
    cnn_model = CNNModel()

   # Callbacks
    ckpt_callback = ModelCheckpoint(monitor='val/W_acc', save_top_k=1, mode='max',
                                        dirpath=save_callback_path,
                                        filename=
                                        'callback_Ep{epoch}_{val/W_acc:.2f}'+f'_{todaysdate}',
                                        auto_insert_metric_name=False)
   ## Train the model
   trainer = L.Trainer(max_epochs=NUM_EPOCHS,
                            callbacks=ckpt_callback
                            )
   trainer.fit(model=cnn_model,
                    train_dataloaders=train_loader,
                    val_dataloaders=val_loader
                    )

if __name__ == '__main__':
    main()


And this is the summary of the model:

  | Name      | Type               | Params
--------------------------------------------------
0  | conv1     | Conv3d             | 896   
1  | relu1     | ReLU               | 0     
2  | pooling1  | MaxPool3d          | 0     
3  | conv2     | Conv3d             | 55.4 K
4  | relu2     | ReLU               | 0     
5  | pooling2  | MaxPool3d          | 0     
6  | conv3     | Conv3d             | 221 K 
7  | relu3     | ReLU               | 0     
8  | pooling3  | MaxPool3d          | 0     
9  | conv4     | Conv3d             | 884 K 
10 | relu4     | ReLU               | 0     
11 | pooling4  | MaxPool3d          | 0     
12 | flatten   | Flatten            | 0     
13 | fc1       | Linear             | 134 M 
14 | relu5     | ReLU               | 0     
15 | fc2       | Linear             | 263 K 
16 | fc3       | Linear             | 1.5 K 
17 | softmax   | Softmax            | 0     
18 | train_acc | MulticlassAccuracy | 0     
19 | val_acc   | MulticlassAccuracy | 0     
20 | val_W_acc | MulticlassAccuracy | 0     
21 | test_acc  | MulticlassAccuracy | 0     
22 | criterion | CrossEntropyLoss   | 0     
--------------------------------------------------
136 M     Trainable params
0         Non-trainable params
136 M     Total params
544.682   Total estimated model params size (MB)

Further as i said before, im learning and still want to learn so is there someone who can see the issue ‘:)

I have tried:
balancing the datasets
tinkering with the optimizers
etc.

New contributor

Nick Staalstra is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật