使用softmax函数对Minist数据集进行分类
我们先来了解一下什么是softmax激活函数:
softmax函数,又称归一化指数函数,它是二分类函数sigmoid在多分类上的推广,目的是将多分类的结果以概率的形式展现出来。下图展示了softmax的计算方法:
概率有两个性质:
1)预测的概率为非负数;
2)各种预测结果概率之和等于1。
softmax就是将在负无穷到正无穷上的预测结果按照这两步转换为概率的。
softmax如何将多分类输出转换为概率,可以分为两步:
1)分子:通过指数函数,将实数输出映射到零到正无穷。
2)分母:将所有结果相加,进行归一化。
详见一分钟理解softmax函数(超简单)。
import torch
from torchvision import transforms
from torchvision import datasets
from torch.utils.data import DataLoader
import torch.optim as optim
import torch.nn.functional as F
# 准备数据集
batch_size = 64
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))])
train_dataset = datasets.MNIST(root='./dataset/mnist/', train=True, download=True, transform=transform)
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)
# 构造网络模型
class Net(torch.nn.Module):
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):
# 将C*W*H三维张量变为二维张量,用于深度深度学习处理
x = x.view(-1, 784)
x = F.relu(self.l1(x))
x = F.relu(self.l2(x))
x = F.relu(self.l3(x))
x = F.relu(self.l4(x))
# 最后一层不进行激活,不做非线性变换
return self.l5(x)
model = Net()
# 构造损失函数和优化器
criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.5)
def train(epoch):
running_loss = 0
for batch_idx, data in enumerate(train_loader, 0):
# 获得一个批次的输入与标签
inputs, target = data
# 开始训练
optimizer.zero_grad()
# 正向传播
y_pred = model(inputs)
# 计算损失
loss = criterion(y_pred, target)
# 反向传播
loss.backward()
# 更新梯度
optimizer.step()
running_loss += loss
if batch_idx % 300 == 299:
print('[%d, %5d] loss: %.3f' % (epoch + 1, batch_idx + 1, running_loss / 300))
running_loss = 0.0
def test():
correct = 0
total = 0
# 不计算梯度
with torch.no_grad():
for data in test_loader:
inputs, labels = data
prec = model(inputs)
'''
torch.max(input, dim) 函数
输入:
input是softmax函数输出的一个tensor
dim是max函数索引的维度0/1,0是每列的最大值,1是每行的最大值
输出:
函数会返回两个tensor,第一个tensor是每行的最大值,softmax的输出中最大的是1,
所以第一个tensor是全1的tensor;第二个tensor是每行最大值的索引。
'''
_, predicted = torch.max(prec.data, dim=1) # predicated为维度(784,1)的张量
total += labels.size(0)
# 张量之间的比较运算
correct += (predicted == labels).sum().item()
print('accuracy on test set: %d %% ' % (100*correct/total))
if __name__ == "__main__":
for epoch in range(10):
train(epoch)
test()
[1, 300] loss: 2.176
[1, 600] loss: 0.941
[1, 900] loss: 0.417
accuracy on test set: 90 %
[2, 300] loss: 0.318
[2, 600] loss: 0.265
[2, 900] loss: 0.231
accuracy on test set: 94 %
[3, 300] loss: 0.193
[3, 600] loss: 0.169
[3, 900] loss: 0.153
accuracy on test set: 95 %
[4, 300] loss: 0.128
[4, 600] loss: 0.129
[4, 900] loss: 0.115
accuracy on test set: 96 %
[5, 300] loss: 0.098
[5, 600] loss: 0.099
[5, 900] loss: 0.093
accuracy on test set: 96 %
[6, 300] loss: 0.078
[6, 600] loss: 0.079
[6, 900] loss: 0.073
accuracy on test set: 96 %
[7, 300] loss: 0.059
[7, 600] loss: 0.066
[7, 900] loss: 0.059
accuracy on test set: 96 %
[8, 300] loss: 0.048
[8, 600] loss: 0.051
[8, 900] loss: 0.053
accuracy on test set: 96 %
[9, 300] loss: 0.039
[9, 600] loss: 0.042
[9, 900] loss: 0.044
accuracy on test set: 97 %
[10, 300] loss: 0.031
[10, 600] loss: 0.034
[10, 900] loss: 0.035
accuracy on test set: 97 %
可以看到基本到97%的准确率就是极限,原因在全连接深度学习,不能学习到图片局部特征细节,可以使用CNN来改进。
一分钟理解softmax函数(超简单)
PyTorch 深度学习实践 第9讲