代码
import torch from torchvision import transforms # 对图像进行原始的数据处理的工具 from torchvision import datasets # 获取数据 from torch.utils.data import DataLoader # 加载数据 import torch.nn.functional as F # 与全连接层中的relu激活函数 有关 import torch.optim as optim # 与优化器有关 # prepare dataset batch_size = 64 # GPU对2的幂次的batch可以发挥更佳的性能,因此设置成16、32、64、128…时往往要比设置为整10、整100的倍数时表现更优 # 在神经网络训练时,常常需要采用批输入数据的方法,为此需要设定每次输入的批数据大小batch_size transform = transforms.Compose([ # 处理图像 transforms.ToTensor(), # Convert the PIL Image to Tensor transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,)) # 归一化;0.1307为均值,0.3081为标准差 ]) train_dataset = datasets.MNIST(root='./dataset/mnist/', train=True, download=True, transform=transform) # download=True表示自动下载MNIST数据集(建议科学上网,不然速度很慢,而且可能下载中断) train_loader = DataLoader(train_dataset, shuffle=True, batch_size=batch_size) test_dataset = datasets.MNIST(root='./dataset/mnist/', train=False, download=True, transform=transform) test_loader = DataLoader(test_dataset, shuffle=False, batch_size=batch_size) class Net(torch.nn.Module): # design model using class def __init__(self): super(Net, self).__init__() self.l1 = torch.nn.Linear(784, 512) self.l2 = torch.nn.Linear(512, 256) self.l3 = torch.nn.Linear(256, 128) self.l4 = torch.nn.Linear(128, 64) self.l5 = torch.nn.Linear(64, 10) def forward(self, x): x = x.view(-1, 784) # -1其实就是自动获取mini_batch # Tensor.view(*shape) → Tensor:Returns a new tensor with the same data as the self tensor but of a different shape. x = F.relu(self.l1(x)) x = F.relu(self.l2(x)) x = F.relu(self.l3(x)) x = F.relu(self.l4(x)) return self.l5(x) # 最后一层不做激活,不进行非线性变换 model = Net() # construct loss and optimizer criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss() # 构建损失函数 optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.5) # lr (float) – learning rate学习率 ; momentum (float, optional) – momentum factor (default: 0)动量因子 (默认: 0) # training cycle forward, backward, update def train(epoch): running_loss = 0.0 for batch_idx, data in enumerate(train_loader, 0): # 获得一个批次的数据和标签 inputs, target = data optimizer.zero_grad() # 获得模型预测结果(64, 10) outputs = model(inputs) # 交叉熵代价函数outputs(64,10),target(64) loss = criterion(outputs, target) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() if batch_idx % 300 == 299: # batch_idx最大值为937;937*64=59968 意味着丢弃了部分的样本 print('[%d, %5d] loss: %.3f' % (epoch + 1, batch_idx + 1, running_loss / 300)) # 注:在python中,通过使用%,实现格式化字符串的目的;%d 有符号整数(十进制) running_loss = 0.0 def test(): correct = 0 # 正确预测的数量 total = 0 # 总数量 with torch.no_grad(): # 测试的时候不需要计算梯度(避免产生计算图) for data in test_loader: images, labels = data outputs = model(images) _, predicted = torch.max(outputs.data, dim=1) # dim = 1 列是第0个维度,行是第1个维度 total += labels.size(0) correct += (predicted == labels).sum().item() # 张量之间的比较运算 print('accuracy on test set: %d %% ' % (100 * correct / total)) if __name__ == '__main__': for epoch in range(10): train(epoch) test()
Downloading http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-images-idx3-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw\train-images-idx3-ubyte.gz 100.1% Extracting ./dataset/mnist/MNIST\raw\train-images-idx3-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw Downloading http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-labels-idx1-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw\train-labels-idx1-ubyte.gz 113.5% Extracting ./dataset/mnist/MNIST\raw\train-labels-idx1-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw Downloading http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-images-idx3-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw\t10k-images-idx3-ubyte.gz 100.4% Extracting ./dataset/mnist/MNIST\raw\t10k-images-idx3-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw Downloading http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-labels-idx1-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw\t10k-labels-idx1-ubyte.gz 180.4% Extracting ./dataset/mnist/MNIST\raw\t10k-labels-idx1-ubyte.gz to ./dataset/mnist/MNIST\raw Processing... Done! [1, 300] loss: 2.146 [1, 600] loss: 0.746 [1, 900] loss: 0.412 accuracy on test set: 89 % [2, 300] loss: 0.311 [2, 600] loss: 0.264 [2, 900] loss: 0.231 accuracy on test set: 94 % [3, 300] loss: 0.192 [3, 600] loss: 0.166 [3, 900] loss: 0.153 accuracy on test set: 96 % [4, 300] loss: 0.132 [4, 600] loss: 0.122 [4, 900] loss: 0.120 accuracy on test set: 96 % [5, 300] loss: 0.100 [5, 600] loss: 0.090 [5, 900] loss: 0.098 accuracy on test set: 96 % [6, 300] loss: 0.077 [6, 600] loss: 0.078 [6, 900] loss: 0.076 accuracy on test set: 97 % [7, 300] loss: 0.061 [7, 600] loss: 0.066 [7, 900] loss: 0.064 accuracy on test set: 97 % [8, 300] loss: 0.049 [8, 600] loss: 0.051 [8, 900] loss: 0.055 accuracy on test set: 97 % [9, 300] loss: 0.040 [9, 600] loss: 0.045 [9, 900] loss: 0.040 accuracy on test set: 97 % [10, 300] loss: 0.033 [10, 600] loss: 0.035 [10, 900] loss: 0.034 accuracy on test set: 97 %
相关说明
Softmax Classifiter 分类器解决多分类问题
1. 关于MNIST数据集
- MNIST 数据集来自美国国家标准与技术研究所, National Institute of Standards and Technology (NIST). 训练集 (training set) 由来自 250 个不同人手写的数字构成, 其中 50% 是高中学生, 50% 来自人口普查局 (the Census Bureau) 的工作人员. 测试集(test set) 也是同样比例的手写数字数据.
- MNIST 包括6万张28x28的训练样本,1万张测试样本,很多教程都会对它”下手”,几乎成为一个 “典范”,可以说它就是计算机视觉里面的Hello World
- MNIST 数据集可在 http://yann.lecun.com/exdb/mnist/ 获取, 它包含了四个部分:
- Training set images: train-images-idx3-ubyte.gz (9.9 MB, 解压后 47 MB, 包含 60,000 个样本)
- Training set labels: train-labels-idx1-ubyte.gz (29 KB, 解压后 60 KB, 包含 60,000 个标签)
- Test set images: t10k-images-idx3-ubyte.gz (1.6 MB, 解压后 7.8 MB, 包含 10,000 个样本)
- Test set labels: t10k-labels-idx1-ubyte.gz (5KB, 解压后 10 KB, 包含 10,000 个标签)
2. 关于二分类与多分类
把每一个类别都当成一个二分类的问题,但是各个分类输出的可能性之间要有相互抑制的关联(比如当为1的可能性足够大的时候,那么其他数字的可能性就会很小)
- 所以十个分类中所有的输出要求(才能满足离散分布的要求):
- 所有的输出都大于0;
- 所有的输出之和为1;
3. 关于神经网络处理过程
此问题的对应的神经网络前面的这些层对应的还是使用Sigmod函数,最后输出的这一层不使用Sigmod(使用Sigmod得不到想要的结果)
4. softmax函数
- 举例(以及softmax 和 NLLLoss 和 CrossEntropyLoss()交叉熵损失 之间的区别):
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- 运算示例:
- torch.Tensor([0.1,0.2,0.9],…) 表示原始的线性层的输出,还没有经过softmax,还不是概率分布;表示第一个样本是数字2 的“可能性”是0.9,是数字1的“可能性”是0.2,是数字0的“可能性”是0.1;(这里mini-batch 中的batch_size是3,表示三个样本作为一组一起计算)
5. 关于MNIST数据集的处理举例
每一张图片都是28*28的像素,每一个像素值的取值是0255;如果0255映射到0~1的区间,对应到28 * 28的矩阵;
6. 代码流程
7. 关于transforms.ToTensor
为了在pytorch中进行更加高效的图像处理和卷积运算所进行的转换
8. 关于transforms.Normalize
9.代码中transform的对应关系
10. 关于x.view
x.view用于改变张量的形状
输入的样本(N,1,28,28):4阶的张量,每个里面N个样本,每个样本是一维,像素长宽是28 * 28的图像;这里的N可以理解为mini-batch的batch_size的大小;
11. 设计模型
注意最后一层不做激活,直接线性层的输出接到后面的softmax里面
12. batch size设置技巧 谈谈batchsize参数
参考:batch size设置技巧 谈谈batchsize参数
- batch的size设置的不能太大也不能太小,因此实际工程中最常用的就是mini-batch,一般size设置为几十或者几百。
- 对于二阶优化算法,减小batch换来的收敛速度提升远不如引入大量噪声导致的性能下降,因此在使用二阶优化算法时,往往要采用大batch哦。此时往往batch设置成几千甚至一两万才能发挥出最佳性能。
- GPU对2的幂次的batch可以发挥更佳的性能,因此设置成16、32、64、128…时往往要比设置为整10、整100的倍数时表现更优
13. 关于x.view(-1, 784)
举例说明view()的作用:
代码中的inputs:
单独测试了每次inputs的样本的“size”:
最后一次的时候(for循环运行完毕后)测试关于inputs的测试:
14. 关于torch.nn.Linear和relu的举例测试
官网(pytorch1.2.0)对于torch.nn.Linear中的 weight 和 bias 的解释: