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PyTorch 介紹 | 優化模型引數

2022-02-10 07:55:15 其他

既然已經有模型和資料了,是時候在資料上優化模型引數來訓練、驗證和測驗它了,模型訓練是一個迭代程序;在每一次迭代(epoch),模型會作出一個預測,計算其預測誤差(loss),收集誤差關于模型引數的導數(如前一節所述),并使用梯度優化這些引數,關于這一程序的詳細資訊,可以觀看backpropagation from 3Blue1Brown,

先決代碼

我們從Datasets & DataLoaders和Build Model復制了這些代碼:

import torch
from torch import import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets
from torchvision.transforms import ToTensor, Lambda

training_data = https://www.cnblogs.com/DeepRS/archive/2022/02/09/datasets.FashionMNIST(
    root='data',
    train=True,
    download=True,
    transform=ToTensor()
)

test_data = https://www.cnblogs.com/DeepRS/archive/2022/02/09/datasets.FashionMNIST(
    root='data',
    train=False,
    download=True,
    transform=ToTensor()
)

train_dataloader = Dataloader(training_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

class NeuralNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(NeuralNetwork, self).__init__()
        self.flatten = nn.Flatten()
        self.linear_relu_stack = nn.Sequential(
            nn.Linear(28*28, 512)
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(512, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(512, 10),
        )
    
    def forward(self, x):
        x = self.flatten(x)
        logits = self.linear_relu_stack(x)
        return logits

model = NeuralNetwork()

輸出:

點擊查看代碼
Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/train-images-idx3-ubyte.gz
Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/train-images-idx3-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw/train-images-idx3-ubyte.gz
Extracting data/FashionMNIST/raw/train-images-idx3-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw

Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/train-labels-idx1-ubyte.gz
Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/train-labels-idx1-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw/train-labels-idx1-ubyte.gz
Extracting data/FashionMNIST/raw/train-labels-idx1-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw

Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/t10k-images-idx3-ubyte.gz
Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/t10k-images-idx3-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw/t10k-images-idx3-ubyte.gz
Extracting data/FashionMNIST/raw/t10k-images-idx3-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw

Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
Downloading http://fashion-mnist.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/t10k-labels-idx1-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
Extracting data/FashionMNIST/raw/t10k-labels-idx1-ubyte.gz to data/FashionMNIST/raw

超引數

超引數是可調引數,用于控制模型優化行程,不同的超引數值可能會影響模型訓練和收斂速度(閱讀更多關于超引數微調的資訊),

我們為訓練定義了以下超引數:

  • Epoch - 迭代資料集的次數
  • Batch Size - 更新引數前,通過網路傳播的資料樣本數
  • Learning Rate -每次 batch/epoch,更新模型的程度,較小的值會導致學習速度較慢,而較大的值可能會導致訓練程序中不可預測的行為,
learning_rate = 1e-3
batch_size = 64
epochs = 5

優化回圈

一旦我們設定好超引數,就可以通過一個optimization loop來訓練和優化網路,每次optimization loop的迭代稱為一個epoch,

每個epoch包含兩部分:

  • 訓練Loop - 迭代訓練集,嘗試收斂到最佳引數
  • 驗證\測驗Loop - 迭代測驗集,檢查模型性能是否提高,

Loss Function

給定一些資料,未經訓練的網路可能不會給出正確答案,Loss function衡量了所獲結果和目標值的不同程度,訓練時正是要最小化損失函式,為了計算loss我們使用給定樣本對的輸入作出預測,并與其真實標簽做對比,

常見的損失函式包括用于回歸任務nn.MSELoss(Mean Square Error),用于分類的nn.NLLLoss,nn.CrossEntropyLoss結合了 nn.LogSoftmaxnn.NLLLoss

將模型輸出的logist傳入 nn.CrossEntropyLoss, 該函式將標準化logits并計算預測誤差,

# Initialize the loss function
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()

優化器

優化是每次訓練時調整模型引數,減少模型誤差的程序,優化演算法定義了該程序是如何實作的(該例中我們使用了Stochastic Gradient Descent隨機梯度下降),所有的優化邏輯都被封裝在了 optimizer 物件,在這里,我們使用SGD優化器;此外,在PyTorch中還有許多不同的優化器,例如ADAM和RMSProp,對不同型別的模型和資料都很有效,

我們通過注冊需要訓練的模型引數來初始化優化器,并傳入學習率超引數,

optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=learning_rate)

在訓練回圈中,優化分為三個步驟:

  • 呼叫 optimizer.zero_grad()重置模型引數的梯度,默認情況下梯度相加,為防止重復計數,我們在每次迭代時顯示地將它們歸零,
  • 呼叫loss.backwards()反向傳播預測誤差,PyTorch計算loss關于每個引數的梯度,
  • 呼叫 optimizer.step(),通過在反向傳播中得到的梯度調整引數,

完整實作

我們定義了 train_loop 回圈迭代optimization代碼,test_loop 評估模型在測驗集上的性能,

def train_loop(dataloader, model, loss_fn, optimizer):
    size = len(dataloader.dataset)
    for batch, (X, y) in enumerate(dataloader):
        # Compute prediction and loss
        pred = model(X)
        loss = loss_fn(pred, y)

        # Backpropagation
        optimizer.zero_grad()
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if batch % 100 == 0:
            loss, current = loss.item(), batch * len(X)
            print(f"loss: {loss:>7f} [{current:>5d}/{size:>5d}]")

def test_loop(dataloader, model, loss_fn):
      size = len(dataloader.dataset)
      num_batches = len(dataloader)
      test_loss, correct = 0, 0
      
      with torch.no_grad():
          for X, y in dataloader:
              pred = model(X)
              test_loss += loss_fn(pred, y).item()
              correct += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()

      test_loss /= num_batches
      correct /= size
      print(f"Test Error: \n Accuracy: {(100 * correct):>0.1f}%, Avg loss: {test_loss:>8f} \n")

初始化損失函式和優化器,傳入 train_looptest_loop,隨意增加epoch,以跟蹤模型不斷改進的性能,

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=learning_rate)

epochs = 10
for t in range(epochs):
    print(f"Epoch {t+1}\n-------------------------")
    train_loop(train_dataloader, model, loss_fn, optimizer)
    test_loop(test_dataloader, model, loss_fn)
print("Done!")

輸出:

點擊查看代碼
Epoch 1
-------------------------------
loss: 2.290156  [    0/60000]
loss: 2.275099  [ 6400/60000]
loss: 2.256799  [12800/60000]
loss: 2.252760  [19200/60000]
loss: 2.235528  [25600/60000]
loss: 2.205756  [32000/60000]
loss: 2.204928  [38400/60000]
loss: 2.172354  [44800/60000]
loss: 2.160271  [51200/60000]
loss: 2.127511  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 49.9%, Avg loss: 2.116347

Epoch 2
-------------------------------
loss: 2.124757  [    0/60000]
loss: 2.107859  [ 6400/60000]
loss: 2.045332  [12800/60000]
loss: 2.061512  [19200/60000]
loss: 2.002954  [25600/60000]
loss: 1.940844  [32000/60000]
loss: 1.962774  [38400/60000]
loss: 1.874285  [44800/60000]
loss: 1.875532  [51200/60000]
loss: 1.802694  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 58.7%, Avg loss: 1.794751

Epoch 3
-------------------------------
loss: 1.830118  [    0/60000]
loss: 1.797928  [ 6400/60000]
loss: 1.670504  [12800/60000]
loss: 1.718298  [19200/60000]
loss: 1.605203  [25600/60000]
loss: 1.560042  [32000/60000]
loss: 1.583883  [38400/60000]
loss: 1.483568  [44800/60000]
loss: 1.515428  [51200/60000]
loss: 1.414553  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 62.0%, Avg loss: 1.430290

Epoch 4
-------------------------------
loss: 1.499763  [    0/60000]
loss: 1.472005  [ 6400/60000]
loss: 1.319050  [12800/60000]
loss: 1.399100  [19200/60000]
loss: 1.283040  [25600/60000]
loss: 1.279892  [32000/60000]
loss: 1.300507  [38400/60000]
loss: 1.221794  [44800/60000]
loss: 1.262865  [51200/60000]
loss: 1.173478  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 63.9%, Avg loss: 1.193923

Epoch 5
-------------------------------
loss: 1.268049  [    0/60000]
loss: 1.260393  [ 6400/60000]
loss: 1.092561  [12800/60000]
loss: 1.205449  [19200/60000]
loss: 1.083632  [25600/60000]
loss: 1.101792  [32000/60000]
loss: 1.134809  [38400/60000]
loss: 1.062815  [44800/60000]
loss: 1.108174  [51200/60000]
loss: 1.035161  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 65.1%, Avg loss: 1.049588

Epoch 6
-------------------------------
loss: 1.114492  [    0/60000]
loss: 1.130664  [ 6400/60000]
loss: 0.944653  [12800/60000]
loss: 1.083935  [19200/60000]
loss: 0.961972  [25600/60000]
loss: 0.981254  [32000/60000]
loss: 1.033072  [38400/60000]
loss: 0.961604  [44800/60000]
loss: 1.007507  [51200/60000]
loss: 0.948494  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 66.0%, Avg loss: 0.956025

Epoch 7
-------------------------------
loss: 1.006542  [    0/60000]
loss: 1.046684  [ 6400/60000]
loss: 0.842564  [12800/60000]
loss: 1.002121  [19200/60000]
loss: 0.884486  [25600/60000]
loss: 0.895794  [32000/60000]
loss: 0.965427  [38400/60000]
loss: 0.895181  [44800/60000]
loss: 0.937755  [51200/60000]
loss: 0.889426  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 67.3%, Avg loss: 0.891673

Epoch 8
-------------------------------
loss: 0.926312  [    0/60000]
loss: 0.987333  [ 6400/60000]
loss: 0.768049  [12800/60000]
loss: 0.943189  [19200/60000]
loss: 0.831892  [25600/60000]
loss: 0.833098  [32000/60000]
loss: 0.916814  [38400/60000]
loss: 0.850216  [44800/60000]
loss: 0.887719  [51200/60000]
loss: 0.846100  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 68.5%, Avg loss: 0.844885

Epoch 9
-------------------------------
loss: 0.864126  [    0/60000]
loss: 0.941802  [ 6400/60000]
loss: 0.711602  [12800/60000]
loss: 0.898299  [19200/60000]
loss: 0.793915  [25600/60000]
loss: 0.786041  [32000/60000]
loss: 0.879356  [38400/60000]
loss: 0.818412  [44800/60000]
loss: 0.850554  [51200/60000]
loss: 0.812724  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 69.7%, Avg loss: 0.809041

Epoch 10
-------------------------------
loss: 0.814177  [    0/60000]
loss: 0.904296  [ 6400/60000]
loss: 0.667563  [12800/60000]
loss: 0.862825  [19200/60000]
loss: 0.764706  [25600/60000]
loss: 0.750034  [32000/60000]
loss: 0.848550  [38400/60000]
loss: 0.794559  [44800/60000]
loss: 0.821466  [51200/60000]
loss: 0.785530  [57600/60000]
Test Error:
 Accuracy: 70.9%, Avg loss: 0.780144

Done!

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    uj5u.com 2023-04-20 07:46:20 more
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    清明節一過,盲猜大家已經無心上班,在數著日子準備過五一,但一想到銀行卡里的余額……瞬間心情就不美麗了。最近,2023年高校畢業生就業調查顯示,本科畢業月平均起薪為5825元。調查一出,便有很多同學表示自己又被平均了。看著這一資料,不免讓人想到前不久中國青年報的一項調查:近六成大學生認為畢業10年內會 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:44:00 more
  • 最新版本 Stable Diffusion 開源 AI 繪畫工具之中文自動提詞篇

    🎈 標簽生成器 由于輸入正向提示詞 prompt 和反向提示詞 negative prompt 都是使用英文,所以對學習母語的我們非常不友好 使用網址:https://tinygeeker.github.io/p/ai-prompt-generator 這個網址是為了讓大家在使用 AI 繪畫的時候 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:36 more
  • 漫談前端自動化測驗演進之路及測驗工具分析

    隨著前端技術的不斷發展和應用程式的日益復雜,前端自動化測驗也在不斷演進。隨著 Web 應用程式變得越來越復雜,自動化測驗的需求也越來越高。如今,自動化測驗已經成為 Web 應用程式開發程序中不可或缺的一部分,它們可以幫助開發人員更快地發現和修復錯誤,提高應用程式的性能和可靠性。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:16 more
  • CANN開發實踐:4個DVPP記憶體問題的典型案例解讀

    摘要:由于DVPP媒體資料處理功能對存放輸入、輸出資料的記憶體有更高的要求(例如,記憶體首地址128位元組對齊),因此需呼叫專用的記憶體申請介面,那么本期就分享幾個關于DVPP記憶體問題的典型案例,并給出原因分析及解決方法。 本文分享自華為云社區《FAQ_DVPP記憶體問題案例》,作者:昇騰CANN。 DVPP ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:03 more
  • msf學習

    msf學習 以kali自帶的msf為例 一、msf核心模塊與功能 msf模塊都放在/usr/share/metasploit-framework/modules目錄下 1、auxiliary 輔助模塊,輔助滲透(埠掃描、登錄密碼爆破、漏洞驗證等) 2、encoders 編碼器模塊,主要包含各種編碼 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:59 more
  • Halcon軟體安裝與界面簡介

    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:17 more
  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more