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本文给大家带来的教程是将改进YOLO11的损失函数。文章在介绍主要的原理后，将手把手教学如何进行模块的代码添加和修改，并将修改后的完整代码放在文章的最后，方便大家一键运行，小白也可轻松上手实践。以帮助您更好地学习深度学习目标检测YOLO系列的挑战。 

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目录

1.✒️CIoU

2. bbox_IoU代码实现

2.1 将bbox_IoU添加到YOLO11中

2.2 更改loss.py文件

2.3 执行程序

3. 完整代码分享

4. GFLOPs

5. 进阶

6.总结

1.✒️CIoU

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论文地址：Distance-IoU Loss: Faster and Better Learning for Bounding Box Regression——点击即可跳转

众所周知，YOLOv5、YOLOv8、YOLO11的box iou都是使用的CIoU, 但是CIoU也有一些自身的缺点，我们在有的数据集上可能时使用其他的损失函数可能有更好的效果，接下来教大家将box IoU改为 EIoU,SIoU,AlphaIoU,Focal-EIoU等

2. bbox_IoU代码实现

2.1 将bbox_IoU添加到YOLO11中

关键步骤一：在ultralytics\ultralytics\utils\metrics.py找到bbox_IoU, 并替换为一下代码

def bbox_iou(box1, box2, xywh=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, SIoU=False, EIoU=False, Focal=False, alpha=1, gamma=0.5, eps=1e-7):
    # Returns Intersection over Union (IoU) of box1(1,4) to box2(n,4)

    # Get the coordinates of bounding boxes
    if xywh:  # transform from xywh to xyxy
        (x1, y1, w1, h1), (x2, y2, w2, h2) = box1.chunk(4, -1), box2.chunk(4, -1)
        w1_, h1_, w2_, h2_ = w1 / 2, h1 / 2, w2 / 2, h2 / 2
        b1_x1, b1_x2, b1_y1, b1_y2 = x1 - w1_, x1 + w1_, y1 - h1_, y1 + h1_
        b2_x1, b2_x2, b2_y1, b2_y2 = x2 - w2_, x2 + w2_, y2 - h2_, y2 + h2_
    else:  # x1, y1, x2, y2 = box1
        b1_x1, b1_y1, b1_x2, b1_y2 = box1.chunk(4, -1)
        b2_x1, b2_y1, b2_x2, b2_y2 = box2.chunk(4, -1)
        w1, h1 = b1_x2 - b1_x1, (b1_y2 - b1_y1).clamp(eps)
        w2, h2 = b2_x2 - b2_x1, (b2_y2 - b2_y1).clamp(eps)

    # Intersection area
    inter = (b1_x2.minimum(b2_x2) - b1_x1.maximum(b2_x1)).clamp(0) * \
            (b1_y2.minimum(b2_y2) - b1_y1.maximum(b2_y1)).clamp(0)

    # Union Area
    union = w1 * h1 + w2 * h2 - inter + eps

    # IoU
    # iou = inter / union # ori iou
    iou = torch.pow(inter/(union + eps), alpha) # alpha iou
    if CIoU or DIoU or GIoU or EIoU or SIoU:
        cw = b1_x2.maximum(b2_x2) - b1_x1.minimum(b2_x1)  # convex (smallest enclosing box) width
        ch = b1_y2.maximum(b2_y2) - b1_y1.minimum(b2_y1)  # convex height
        if CIoU or DIoU or EIoU or SIoU:  # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1
            c2 = (cw ** 2 + ch ** 2) ** alpha + eps  # convex diagonal squared
            rho2 = (((b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) ** 2 + (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) ** 2) / 4) ** alpha  # center dist ** 2
            if CIoU:  # https://github.com/Zzh-tju/DIoU-SSD-pytorch/blob/master/utils/box/box_utils.py#L47
                v = (4 / math.pi ** 2) * (torch.atan(w2 / h2) - torch.atan(w1 / h1)).pow(2)
                with torch.no_grad():
                    alpha_ciou = v / (v - iou + (1 + eps))
                if Focal:
                    return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha)), torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_CIoU
                else:
                    return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha))  # CIoU
            elif EIoU:
                rho_w2 = ((b2_x2 - b2_x1) - (b1_x2 - b1_x1)) ** 2
                rho_h2 = ((b2_y2 - b2_y1) - (b1_y2 - b1_y1)) ** 2
                cw2 = torch.pow(cw ** 2 + eps, alpha)
                ch2 = torch.pow(ch ** 2 + eps, alpha)
                if Focal:
                    return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2), torch.pow(inter/(union + eps), gamma) # Focal_EIou
                else:
                    return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2) # EIou
            elif SIoU:
                # SIoU Loss https://arxiv.org/pdf/2205.12740.pdf
                s_cw = (b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) * 0.5 + eps
                s_ch = (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) * 0.5 + eps
                sigma = torch.pow(s_cw ** 2 + s_ch ** 2, 0.5)
                sin_alpha_1 = torch.abs(s_cw) / sigma
                sin_alpha_2 = torch.abs(s_ch) / sigma
                threshold = pow(2, 0.5) / 2
                sin_alpha = torch.where(sin_alpha_1 > threshold, sin_alpha_2, sin_alpha_1)
                angle_cost = torch.cos(torch.arcsin(sin_alpha) * 2 - math.pi / 2)
                rho_x = (s_cw / cw) ** 2
                rho_y = (s_ch / ch) ** 2
                gamma = angle_cost - 2
                distance_cost = 2 - torch.exp(gamma * rho_x) - torch.exp(gamma * rho_y)
                omiga_w = torch.abs(w1 - w2) / torch.max(w1, w2)
                omiga_h = torch.abs(h1 - h2) / torch.max(h1, h2)
                shape_cost = torch.pow(1 - torch.exp(-1 * omiga_w), 4) + torch.pow(1 - torch.exp(-1 * omiga_h), 4)
                if Focal:
                    return iou - torch.pow(0.5 * (distance_cost + shape_cost) + eps, alpha), torch.pow(inter/(union + eps), gamma) # Focal_SIou
                else:
                    return iou - torch.pow(0.5 * (distance_cost + shape_cost) + eps, alpha) # SIou
            if Focal:
                return iou - rho2 / c2, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_DIoU
            else:
                return iou - rho2 / c2  # DIoU
        c_area = cw * ch + eps  # convex area
        if Focal:
            return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha), torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
        else:
            return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha)  # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
    if Focal:
        return iou, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_IoU
    else:
        return iou  # IoU

2.2 更改loss.py文件

关键步骤二：在文件ultralytics\ultralytics\utils\loss.py找到class BboxLoss(nn.Module):

将下面的这两行代码替换为下面的代码

注意

注意

注意 

如果使用 EIoU，则用下面的代码替换

        iou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, EIoU=True)
        if type(iou) is tuple:
            loss_iou = ((1.0 - iou[0]) * iou[1].detach() * weight).sum() / target_scores_sum
        else:
            loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum

如果使用 SIoU，则用下面的代码替换

        iou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, SIoU=True)
        if type(iou) is tuple:
            loss_iou = ((1.0 - iou[0]) * iou[1].detach() * weight).sum() / target_scores_sum
        else:
            loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum

如果使用 Focal-EIoU，则用下面的代码替换

        iou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, EIoU=True, Focal=True)
        if type(iou) is tuple:
            loss_iou = ((1.0 - iou[0]) * iou[1].detach() * weight).sum() / target_scores_sum
        else:
            loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum

2.3 执行程序

关键步骤五: 在ultralytics文件中新建train.py，将model的参数路径设置为yolo11.yaml的路径即可 【注意是在外边的Ultralytics下新建train.py】

from ultralytics import YOLO
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
from pathlib import Path
 
if __name__ == '__main__':
 
 
    # 加载模型
    model = YOLO("ultralytics/cfg/11/yolo11.yaml")  # 你要选择的模型yaml文件地址
    # Use the model
    results = model.train(data=r"你的数据集的yaml文件地址",
                          epochs=100, batch=16, imgsz=640, workers=4, name=Path(model.cfg).stem)  # 训练模型

3. 完整代码分享

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4. GFLOPs

关于GFLOPs的计算方式可以查看：百面算法工程师 | 卷积基础知识——Convolution

未改进的YOLO11n GFLOPs

改进后的GFLOPs不变

5. 进阶

可以与其他的注意力机制或者损失函数等结合，进一步提升检测效果

6.总结

通过以上的改进方法，我们成功提升了模型的表现。这只是一个开始，未来还有更多优化和技术深挖的空间。在这里，我想隆重向大家推荐我的专栏——<专栏地址：YOLO11入门 + 改进涨点——点击即可跳转 欢迎订阅>。这个专栏专注于前沿的深度学习技术，特别是目标检测领域的最新进展，不仅包含对YOLO11的深入解析和改进策略，还会定期更新来自各大顶会（如CVPR、NeurIPS等）的论文复现和实战分享。

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