news 2025/12/20 2:43:07

PyTorch构建模型训练四部曲

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张小明

前端开发工程师

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PyTorch构建模型训练四部曲

下面以线性模型为例,阐述一下构建模型训练的主要步骤。

步骤:

  1. 数据准备

  2. 构建模型

  3. 构建损失函数和优化器

  4. 训练周期(前馈(计算损失)、反馈(计算梯度)、更新权重)

1 数据准备

有两种方式加载数据,第一种是把所有数据都加载到init里面,也就是读取到内存里面,然后每次使用getitem时,返回对应的项,这种方法适用于数据量不大的情况,如果是图像数据集,则需要采用别的方式,比如利用Dataset和DataLoader。

import torch from torch.utils.data import Dataset from torch.utils.data import DataLoader class DiabetesDataset(Dataset):#继承Dataset这个抽象类 def __init__(self): pass def __getitem__(self,index):#实现这个方法,可以支持下标操作 pass def __len__(self):#实现这个方法,可以返回数据集的数量 pass dataset = DiabetesDataset() train_loader = DataLoader(dataset=dataset,batch_size=32,shuffle=True,num_workers=2)

DataLoader最常见设置的四个参数:

  • 数据集对象

  • batch-size的大小

  • shuffle是否要打乱数据集

  • num_workers读取的数据时是否要使用多线程,要使用几个多线程

如果在windows中设置num_workers可能会出现运行时的错误,解决的方法是将使用loder迭代的代码封装起来(例如使用函数封装起来,而不是直接暴露在外)(pytorch0.4会有这样的问题高版本未知)

2 构建模型

使用pytorch重点不是各种求导运算,重点时构造计算图。

z=wx+b

在训练时,x和z是已知的,权重w和偏置b是我们要求的,因为我们不能确定w和b张量的形状,所以它的形状是通过z和x来确定的。

比如z是3x1的张量,x是4x1的张量,那我们就可以知道w是3x4的张量,b是3x1的张量

class LinearModel(torch.nn.Module): def __init__(self): super(LinearModel,self).__init__()#调用父类的构造函数 self.linear = torch.nn.Linear(1,1)#构造对象,它自动帮我们构造权重和偏置 def forward(self,x):#这个名称是固定的,前向传播必须这么写 y_pred = self.linear(x) return y_pred model = LinearModel()#模型实例化

3 构建损失函数和优化器

PyTorch提供了很多损失函数和优化器,可以根据模型和需要自行选择。

cirterion = torch.nn.MSELoss(size_average = False)#损失函数,第一个参数是是否要求均值 optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)#优化器,第一个参数是找到模型的所有参数,第二个参数是设置学习率

4 写训练周期

训练周期的格式也是固定的,先将数据添加到我们构建的模型,然后计算损失(前馈过程),然后清零梯度,然后进行反向传播,更新权重(反馈和更新都是直接调用内置函数的)。

如果不使用mini-batch,那么可以直接写:

for epoch in range(100): y_pred = model(x_data)#将数据加到模型,计算模型的y loss = cirterion(y_pred,y_data)#计算损失 print(epoch,loss) optimizer.zero_grad()#清零梯度 loss.backward()#反向传播 optimizer.step()#更新权重

如果使用mini-batch,训练周期使用嵌套循环:

for epoch in range(100): for i,data in enumerate(train_loader,0): inputs, labels = data#会自动转换为张量 y_pred = model(inputs)#前馈 loss = criterion(y_pred,labels) print(epoch,i,loss.item()) optimizer.zero_grad()#反向传播 loss.backward() optimizer.step()#更新

大部分模型训练的步骤就是以上四步,就算是多层模型,需要大规模修改的地方其实就是模型构造,训练周期也可根据需要修改,但是基本步骤是不变的(前馈计算损失,反馈更新权重)。

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