1-3.使用飞桨（paddlepaddle）以及VisualDL2.0对项目进行可视化调参

如果需要更好的阅读体验，可以在ai studio上fork该项目：使用VisualDL2.0对项目进行可视化调参

调参是深度学习必须要做的事情。数据和模型处理好后，需要进行模型训练，这个时候就需要进行调参了。一种好的参数配置，可以使得训练出来的模型在测试集上表现出很好的效果。可是要如何调呢？这里用飞桨（paddlepaddle深度学习框架）

我们通常说的调参是指调整超参数这些，例如：

• 先给他个设置一个不大不小的epoch，和一些其他超参数，例如epoch=10？然后跑一下，每多少iter（batch步数）打印一次loss看看，这其实是很不直观的，得一条条输出看过去。
• batch_size给个32？还是64？又或者更大更小？大的batch容易收敛，可是又容易陷入局部最小值（鞍点）；小的batch训练的模型鲁棒性好，可是又难收敛！
• 学习率先给个0.01，观察loss，如果loss上升就说明loss过大，给他减小到0.001？又或者0.005之类。如果loss下降很慢，这个时候是否考虑给他增大学习率呢？学习率衰减使用哪些策略比较好呢？是选择分段衰减？还是按按步数衰减之类？等等…
• 这些超参数都是需要尽可能的去试，在不同模型和数据上这些参数选择哪种是比较好的，都是不确定的（也就是所谓炼丹了）。
• 显而易见调参这项工作是十分的耗费费时间和资源的，如果可以快速找到这些最好的参数，可以节约很多时间和算力资源。这也是本文的主要问题：如何进行高效的调参？这里推荐使用VisualDL工具进行可视化分析
• PaddleSeg是基于PaddlePaddle开发的端到端图像分割开发套件，覆盖了DeepLabv3+, U-Net, ICNet, PSPNet, HRNet, Fast-SCNN等主流分割网络。通过模块化的设计，以配置化方式驱动模型组合，帮助开发者更便捷地完成从训练到部署的全流程图像分割应用。
• 本文将使用paddleSeg套件实现一个语义分割项目，并用VisualDL工具对其参数进行可视化分析，以可视化的形式帮助开发者清楚了解这些参数的变化情况。

项目内容

• 一.对数据进行一些处理以及简单配置一下paddleSeg中提供的模型的参数
• 二.训练模型，期间调整一些超参数/参数
• 三.使用VisualDL2.0工具进行可视化
• 四.总结

一.数据和配置准备：

• 数据这里采用第八届CCF BDCI遥感影像地块分割的初赛数据集，由于数据比较多，语义分割训练较慢，我们这边只是为了观察vdl的使用。因此，我们就从这14万张训练集里划分出一万张来作为我们的训练集。模型使用deeplabv3+exception65（轻量级网络）

#下载paddleSeg
!git clone https://hub.fastgit.org/PaddlePaddle/PaddleSeg.git

#配置
%cd PaddleSeg
!pip install -r requirements.txt

%cd PaddleSeg/
#下载预训练模型
!python pretrained_model/download_model.py deeplabv3p_xception65_bn_coco

#将数据集解压到PaddleSeg路径下,如果在本地运行，注意更改data/data55400/
!unzip data/data55400/img_train.zip -d PaddleSeg/dataset/rs_data
!unzip data/data55400/lab_train.zip -d PaddleSeg/dataset/rs_data

#为了方便训练，从14万张数据集中划分出1万张作为数据集，这边已经划分好了，如果想用完整数据集，或者进行一些数据增强操作，可以在下面代码基础上修改
%cd PaddleSeg/dataset/rs_data
%mkdir new_img
%mkdir new_lab
import os.path
import glob
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt # plt 用于显示图片
import matplotlib.image as mpimg # mpimg 用于读取图片
import numpy as np
from PIL import Image, ImageEnhance, ImageDraw

nums_id = 0#计数器
with open("train_list.txt", "w", encoding='utf-8') as f1:#训练集
    with open("val_list.txt", "w", encoding='utf-8') as f2:#验证集
        with open("test_list.txt", "w", encoding='utf-8') as f3:#测试集
            for file1 in glob.glob(r'lab_train/*.png'):
                nums_id += 1
                #原文件保存路径
                path1, pngfile = file1.split()[0], file1.split("/")[1]
                path2, jpgfile = "img_train", pngfile.split(".")[0] + ".jpg"
                file2 = os.path.join(path2, jpgfile)
                #新文件保存路径
                new_file1 = os.path.join("new_lab", pngfile)
                new_file2 = os.path.join("new_img", jpgfile)
                
                ##遍历lab_train下的png图片，复制1万张到另一个文件夹new_lab下
                '''
                img1 = cv2.imread(file1,flags=-1)
                cv2.imwrite(new_file1, img1)#
                '''
                img1 = Image.open(file1)
                img1.save(new_file1)#保存图片，用PIL读取png图片
                
                ##对应的img_train目录下的1万张jpg图片，也复制到一个新文件夹new_img下
                img2 = cv2.imread(file2)
                cv2.imwrite(new_file2, img2, [int(cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION), 9])#保存图片

                #保存list文件
                if nums_id <= 900:
                    f1.write(new_file2 + " " + new_file1 + "\n")#生成训练集列表

                else:
                    f2.write(new_file2 + " " + new_file1 + "\n")#生成验证集列表
                    if nums_id > 9980：
                        f3.write(new_file2 + "\n")#生成测试集列表,用于可视化数据，就取最后20张
                #打印进度
                if nums_id %100 == 0:
                    print("处理到：",nums_id)
                    if nums_id == 1000:
                        break
%cd ../../

二.开始训练：打印loss等信息（正常的观察模型训练情况的方式）以及保存日志文件（用于VDL可视化显示训练情况）

• 训练过程中，设置参数：–use_vdl（使用vdl） --vdl_log_dir “vis”（指定日志保存的路径）

#进入到PaddleSeg路径下，如果在终端运行，需要删去代码前面符号。
%cd PaddleSeg
!python pdseg/train.py --cfg ../work/deeplabv3.yaml --use_gpu  --use_vdl --do_eval --vdl_log_dir "vis5"

三.使用VDL可视化分析训练过程的各参数变化情况

1.训练完后（训练过程中也可以动态查看），如何使用vdl可视化查看数据变化呢？

2.完成准备工作后，我们就可以进行可视化了！

训练过程中就打开vdl，观察数据在训练过程中的动态变化情况

3.查看模型结构：使用deeplabv3p_xception65模型训练，选择模型文件，然后打开vdl，就可以查看模型结构了

• 如果想看自己搭的一个模型结构图，那么也可以不需要自己去辛苦画了，直接vdl打开，跑一下，就可以显示出来啦！用处多多，有待挖掘！
  
  
  

4.我们还可以分成多组实验，观察不同超参数下，loss等数据的变化情况，在一张图上展示出来

• 从最简单的来：学习率
  • vis1：lr1=0.01
  • vis2：lr2=0.02
  • vis3：lr3=0.05
    
• lr1、lr2、lr3在步数（横坐标）为280的时候，miou分别为0.49357，0.43952，0.2408，可以帮助我们分析学习率衰减情况对miou提升的影响。对于某一阶段的miou如果是单纯看打印信息，是基本上都是没显示的，使用vdl后可以看任意阶段的数值变化。Relative是训练到该位置的时间，通过这个参数可以查看训练多少步数，需要多长时间，调参时候可以先跑几个epoch，就可以较为准确的算出一个训练一个epoch要多长时间，方便我们调整总epoch数的设置。
  

5.查看数据集

• 在aistudio环境中查看图片其实不太方便的，不过很多和我一样的小伙伴们又得用aistudio上的gpu环境，这个时候怎么办呢？就可以用我们的vdl工具了，直接可视化出来你要看的一部分数据，想看哪些看哪些！
• log日志在vis4中
• 要在vdl查看数据集的话，需要配置deeplabv3.yaml文件中的一个参数：VIS_FILE_LIST: "./dataset/rs_data/test_list.txt"
• 会在训练过程中保存模型时候打印一次，如果不想打印/在vdl中查看数据，可以将此参数设置为None：VIS_FILE_LIST: None
  

四.总结

• 在训练过程中，也有打印loss等信息，可是训练多个epoch的话，打印的信息会非常多，每一条挨个看过去是非常累的。使用VDL2.0工具，可以将这些信息用几张图片展示出来，鼠标移动到图上，数据也会动态显示，可以帮助开发者们去更好的分析模型的一些情况。目前VisualDL2.0工具有6大功能，支持多个框架的模型可视化。
  • 标量数据的展示
  • 直方图
  • 样本数据
  • 网络结构
  • P-R曲线
  • high dimensional
• 最后，欢迎大家去VDL GitHub上点个star鸭！！
  • github首页：https://github.com/PaddlePaddle/VisualDL
  • 官网：https://www.paddlepaddle.org.cn/paddle/visualdl
  • aistudio项目：【VisualDL2.0–眼疾识别训练可视化】https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/502834
  • aistudio项目：【VisualDL2.0–基于「手写数字识别」模型的全功能展示】https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/622772
  • aistudio论坛：https://ai.baidu.com/forum/topic/show/960053?pageNo=2