60 題 PyTorch 簡易入門指南,做技術的弄潮兒

2021-01-18 AI有道

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作者 | 王大毛,和鯨社區

地址 | https://www.kesci.com/home/project/5e0038642823a10036ae9ebf


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https://pytorch-cn.readthedocs.io/zh/latest/


改編自:


https://pytorch.org/tutorials/beginner/deep_learning_60min_blitz.html#deep-learning-with-pytorch-a-60-minute-blitz


1 初識PyTorch


1.1 張量


1.導入pytorch包


import torch


2.創建一個空的5x3張量


x = torch.empty(5, 3)
print(x)


3.創建一個隨機初始化的5x3張量


x = torch.rand(5, 3)
print(x)


4.創建一個5x3的0張量,類型為long


x = torch.zeros(5, 3, dtype=torch.long)
print(x)


5.直接從數組創建張量


x = torch.tensor([5.5, 3])
print(x)


6.創建一個5x3的單位張量,類型為double


x = torch.ones(5, 3, dtype=torch.double)
print(x)


7.從已有的張量創建相同維度的新張量,並且重新定義類型為float


x = torch.randn_like(x, dtype=torch.float)
print(x)


8.列印一個張量的維度


print(x.size())


9.將兩個張量相加


y = torch.rand(5, 3)
print(x + y)

# 方法二
# print(torch.add(x, y))

# 方法三
# result = torch.empty(5, 3)
# torch.add(x, y, out=result)
# print(result)

# 方法四
# y.add_(x)
# print(y)


10.取張量的第一列


print(x[:, 1])


11.將一個4x4的張量resize成一個一維張量


x = torch.randn(4, 4)
y = x.view(16)
print(x.size(),y.size())


12.將一個4x4的張量,resize成一個2x8的張量


y = x.view(2, 8)
print(x.size(),y.size())

# 方法二
z = x.view(-1, 8) # 確定一個維度,-1的維度會被自動計算
print(x.size(),z.size())


13.從張量中取出數字


x = torch.randn(1)
print(x)
print(x.item())


1.2 Numpy的操作


14.將張量裝換成numpy數組


a = torch.ones(5)
print(a)

b = a.numpy()
print(b)


15.將張量+1,並觀察上題中numpy數組的變化


a.add_(1)
print(a)
print(b)


16.從numpy數組創建張量


import numpy as np
a = np.ones(5)
b = torch.from_numpy(a)
print(a)
print(b)


17.將numpy數組+1並觀察上題中張量的變化


np.add(a, 1, out=a)
print(a)
print(b)


2 自動微分


2.1 張量的自動微分


18.新建一個張量,並設置requires_grad=True


x = torch.ones(2, 2, requires_grad=True)
print(x)


19.對張量進行任意操作(y = x + 2)


y = x + 2
print(y)
print(y.grad_fn) # y就多了一個AddBackward


20.再對y進行任意操作


z = y * y * 3
out = z.mean()

print(z) # z多了MulBackward
print(out) # out多了MeanBackward


2.2 梯度


21.對out進行反向傳播


out.backward()


22.列印梯度d(out)/dx


print(x.grad) #out=0.25*Σ3(x+2)^2


23.創建一個結果為矢量的計算過程(y=x*2^n)


x = torch.randn(3, requires_grad=True)

y = x * 2
while y.data.norm() < 1000:
y = y * 2

print(y)

24.計算v = [0.1, 1.0, 0.0001]處的梯度

v = torch.tensor([0.1, 1.0, 0.0001], dtype=torch.float)
y.backward(v)

print(x.grad)


25.關閉梯度的功能


print(x.requires_grad)
print((x ** 2).requires_grad)

with torch.no_grad():
print((x ** 2).requires_grad)

# 方法二
# print(x.requires_grad)
# y = x.detach()
# print(y.requires_grad)
# print(x.eq(y).all())


3 神經網絡


這部分會實現LeNet5,結構如下所示



3.1 定義網絡


import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class Net(nn.Module):

def __init__(self):
super(Net, self).__init__()
# 26.定義①的卷積層,輸入為32x32的圖像,卷積核大小5x5卷積核種類6
self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5)
# 27.定義③的卷積層,輸入為前一層6個特徵,卷積核大小5x5,卷積核種類16
self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
# 28.定義⑤的全連結層,輸入為16*5*5,輸出為120
self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120) # 6*6 from image dimension
# 29.定義⑥的全連接層,輸入為120,輸出為84
self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
# 30.定義⑥的全連接層,輸入為84,輸出為10
self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

def forward(self, x):
# 31.完成input-S2,先卷積+relu,再2x2下採樣
x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv1(x)), (2, 2))
# 32.完成S2-S4,先卷積+relu,再2x2下採樣
x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv2(x)), 2) #卷積核方形時,可以只寫一個維度
# 33.將特徵向量扁平成列向量
x = x.view(-1, 16 * 5 * 5)
# 34.使用fc1+relu
x = F.relu(self.fc1(x))
# 35.使用fc2+relu
x = F.relu(self.fc2(x))
# 36.使用fc3
x = self.fc3(x)
return x


net = Net()
print(net)


37.列印網絡的參數


params = list(net.parameters())
# print(params)
print(len(params))


38.列印某一層參數的形狀


print(params[0].size())


39.隨機輸入一個向量,查看前向傳播輸出


input = torch.randn(1, 1, 32, 32)
out = net(input)
print(out)


40.將梯度初始化


net.zero_grad()


41.隨機一個梯度進行反向傳播


out.backward(torch.randn(1, 10))


3.2 損失函數


42.用自帶的MSELoss()定義損失函數


criterion = nn.MSELoss()


43.隨機一個真值,並用隨機的輸入計算損失


target = torch.randn(10) # 隨機真值
target = target.view(1, -1) # 變成列向量

output = net(input) # 用隨機輸入計算輸出

loss = criterion(output, target) # 計算損失
print(loss)


44.將梯度初始化,計算上一步中loss的反向傳播


net.zero_grad()

print('conv1.bias.grad before backward')
print(net.conv1.bias.grad)


45.計算43中loss的反向傳播


loss.backward()

print('conv1.bias.grad after backward')
print(net.conv1.bias.grad)


3.3 更新權重


46.定義SGD優化器算法,學習率設置為0.01


import torch.optim as optim
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01)


47.使用優化器更新權重


optimizer.zero_grad()
output = net(input)
loss = criterion(output, target)
loss.backward()

# 更新權重
optimizer.step()


4 訓練一個分類器


4.1 讀取CIFAR10數據,做標準化


48.構造一個transform,將三通道(0,1)區間的數據轉換成(-1,1)的數據


import torchvision
import torchvision.transforms as transforms

transform = transforms.Compose(
[transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])


讀取數據集


trainset = cifar(root = './input/cifar10', segmentation='train', transforms=transform)
testset = cifar(root = './input/cifar10', segmentation='test', transforms=transform)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=batch_size,shuffle=True, num_workers=2)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=batch_size,shuffle=False, num_workers=2)

classes = ('plane', 'car', 'bird', 'cat',
'deer', 'dog', 'frog', 'horse', 'ship', 'truck')


4.2 建立網絡


這部分沿用前面的網絡


net2 = Net()


4.3 定義損失函數和優化器


49.定義交叉熵損失函數


criterion2 = nn.CrossEntropyLoss()


50.定義SGD優化器算法,學習率設置為0.001,momentum=0.9


optimizer2 = optim.SGD(net2.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)


4.4訓練網絡


for epoch in range(2):

running_loss = 0.0
for i, data in enumerate(trainloader, 0):
# 獲取X,y對
inputs, labels = data

# 51.初始化梯度
optimizer2.zero_grad()

# 52.前饋
outputs = net2(inputs)
# 53.計算損失
loss = criterion2(outputs, labels)
# 54.計算梯度
loss.backward()
# 55.更新權值
optimizer2.step()

# 每2000個數據列印平均代價函數值
running_loss += loss.item()
if i % 2000 == 1999: # print every 2000 mini-batches
print('[%d, %5d] loss: %.3f' %
(epoch + 1, i + 1, running_loss / 2000))
running_loss = 0.0

print('Finished Training')


4.5 使用模型預測


取一些數據


dataiter = iter(testloader)
images, labels = dataiter.next()

# print images
imshow(torchvision.utils.make_grid(images))
print('GroundTruth: ', ' '.join('%5s' % classes[labels[j]] for j in range(4)))


56.使用模型預測


outputs = net2(images)

_, predicted = torch.max(outputs, 1)

print('Predicted: ', ' '.join('%5s' % classes[predicted[j]]
for j in range(4)))


57.在測試集上進行打分


correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():
for data in testloader:
images, labels = data
outputs = net2(images)
_, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
total += labels.size(0)
correct += (predicted == labels).sum().item()

print('Accuracy of the network on the 10000 test images: %d %%' % (
100 * correct / total))


4.6 存取模型


58.保存訓練好的模型


PATH = './cifar_net.pth'
torch.save(net.state_dict(), PATH)


59.讀取保存的模型


pretrained_net = torch.load(PATH)


60.加載模型


net3 = Net()

net3.load_state_dict(pretrained_net)



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