#!pip install matplotlib
#!pip install -U d2l
%matplotlib inline
import random
import torch
from d2l import torch as d2l
#根据带有真实噪声的线性模型构造一个人造数据集 使用线性模型参数w=[2,-3.4]T,b=4.2
#和噪声项ε生成数据集及其标签: y=Xw+b+ε
def synthetic_data(w,b,num_examples):
"""生成y=Xw+b+噪声"""
X=torch.normal(0,1,(num_examples,len(w))) #正态分布(均值,标准差,(行数,列数))
y=torch.matmul(X,w)+b #matrix multiply矩阵相乘
y+=torch.normal(0,0.01,y.shape)
return X,y.reshape((-1,1)) #一列
true_w=torch.tensor([2,-3.4])
true_b=4.2
features,labels=synthetic_data(true_w,true_b,1000)
print('features:',features[0],'\nlabel:',labels[0])
d2l.set_figsize()
d2l.plt.scatter(features[:,1].detach().numpy(),
labels.detach().numpy(),1);
#散点图() festures每一行包含一个二维数据样本 laberls每一行包含一维标签值(标量)
#定义一个函数 接收批量大小 特征矩阵和标签向量作为输入 生成batch_size的小批量
def data_iter(batch_size,features,labels):
num_examples=len(features)
indices=list(range(num_examples))
#这些样本是随机读取的 没有特定顺序
random.shuffle(indices)
for i in range(0,num_examples,batch_size):
batch_indices=torch.tensor(
indices[i:min(i+batch_size,num_examples)])
yield features[batch_indices],labels[batch_indices] #yield:python的iterator
batch_size = 10
for X,y in data_iter(batch_size,features,labels):
print(X,'\n',y)
break
#定义初始化模型参数
w = torch.normal(0,0.01,size=(2,1),requires_grad=True)
b = torch.zeros(1,requires_grad=True)
#定义模型
def linreg(X,w,b):
"""线性回归模型"""
return torch.matmul(X,w)+b
#定义损失函数
def squared_loss(y_hat,y):
"""均方损失"""
return (y_hat - y.reshape(y_hat.shape))**2/2
#定义损失函数
def squared_loss(y_hat,y):
"""均方损失"""
return (y_hat - y.reshape(y_hat.shape))**2/2
#定义优化算法
def sgd(params,lr,batch_size):
"""小批量随机梯度下降"""
with torch.no_grad():
for param in params:
param -= lr*param.grad/batch_size
param.grad.zero_()
#训练过程
lr = 0.03
num_epochs = 3
net = linreg
loss = squared_loss
for epoch in range(num_epochs): #每次对数据扫一遍
for X,y in data_iter(batch_size,features,labels):
l = loss(net(X,w,b),y) #X和y的小批量损失
#因为l的形状是(batch_size,l)的向量而不是标量 l中的所有元素被加到...挡住了
#并以此计算关于[w,b]的梯度
l.sum().backward()
sgd([w,b],lr,batch_size) #使用参数的梯度更新参数
with torch.no_grad():
train_l = loss(net(features,w,b),labels)
print(f'epoch{epoch + 1},loss{float(train_l.mean()):f}')
#比较真实参数和通过训练学到的参数来评估训练的成功程度
print(f'w的估计误差:{true_w-w.reshape(true_w.shape)}')
print(f'b的估计误差:{true_b-b}')