深度学习(PyTorch)——多分类问题(Softmax Classifier)

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这节课的内容,主要是两个部分的修改:
一是数据集:直接采用了内置的MNIST的数据集,那dataloader和dataset自然也是内置的,那也就不用自己写dataset再去继承Dataset类;
再有是把train和test写成了函数形式,直接在main函数当中调用即可;
除了本节课想要实现的代码,刘老师在本节课前一半讲了这些内容:
下了很大功夫讲清楚了softmax这个函数的机理:y_pred = np.exp(z) / np.exp(z).sum();
还有交叉熵损失函数是什么一回事,非常流畅简洁地给我讲懂了这个公式的意思:loss = (- y * np.log(y_pred)).sum();
根据这两个函数的理论,用numpy的计算法则把公式实现了,之后才去调用了pytorch当中写好了的函数;
还强调了NLL-Loss的概念,并且留了思考题,为什么会:CrossEntropyLoss <==> LogSoftmax + NLLLoss?
到了pytorch当中,里面有Softmax和Softmax_log两个函数版本;

程序如下:

import torch
from torchvision import transforms  # 该包主要是针对图像进行处理
from torchvision import datasets
from torch.utils.data import DataLoader
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim  # 优化器的包

# prepare dateset

batch_size = 64
transforms = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),  # 把输入的图像转变成张量 通道*宽度*高度,取值在(0,1)
                                 transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))])  # 归一化,0.1307均值和0.3081方差

train_dataset = datasets.MNIST(root='../dataset/mnist/',
                               train=True,
                               download=True,
                               transform=transforms)
train_loader = DataLoader(train_dataset,
                          shuffle=True,
                          batch_size=batch_size)
test_dataset = datasets.MNIST(root='../dataset/mnist/',
                              train=False,
                              download=True,
                              transform=transforms)
test_loader = DataLoader(train_dataset,
                         shuffle=False,
                         batch_size=batch_size)

# design model using class


class Net(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.l1 = torch.nn.Linear(784, 512)  # 输入维度784,输出维度521
        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):
        x = x.view(-1, 784)  # -1其实就是自动获取mini_batch,view可以改变张量的形状,输入层拿到了n*784的矩阵
        x = F.relu(self.l1(x))  # 用relu对每一层算出的结果进行激活
        x = F.relu(self.l2(x))
        x = F.relu(self.l3(x))
        x = F.relu(self.l4(x))
        return self.l5(x)  # 最后一层不做激活,不进行非线性变换,这些工作交给交叉熵损失负责


model = Net()

# construct loss and optimizer
criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss()  # 构造损失函数,交叉熵损失
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.5)  # 构造优化器 lr为学习率,momentum为冲量来优化训练过程

# training cycle forward, backward, update


def train(epoch):
    running_loss = 0.0
    for batch_idx, data in enumerate(train_loader, 0):
        # 获得一个批次的数据和标签
        inputs, target = data
        optimizer.zero_grad()
        # 获得模型预测的结果(64,10)
        outputs = model(inputs)
        # 交叉熵代价函数outputs(64,10),targe(64)
        loss = criterion(outputs, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()

        running_loss += loss.item()
        if batch_idx % 300 == 299:  # 300次迭代输出一次loss
            print('[%d, %5d] loss:%.3f' % (epoch+1, batch_idx+1, running_loss/300))
            running_loss = 0.0


def test():  # 不需要反向传播,只需要正向的
    correct = 0
    total = 0
    with torch.no_grad():  # 不需要计算梯度
        for data in test_loader:
            images, labels = data
            outputs = model(images)
            _, predicted = torch.max(outputs.data, dim=1)  # dim=1 列是第0个维度,行是第1个维度,返回值是每一行最大值和每一行最大值下标
            total += labels.size(0)  #labels.size是一个(N,1)的元组,labels.size(0)=N
            correct += (predicted == labels).sum().item()  # 张量之间的比较运算,然后求和取标量
    print('accuracy on test set:%d %% ' % (100*correct/total))


if __name__ == '__main__':
    for epoch in range(10):
        train(epoch)
        test()

运行结果如下:

深度学习(PyTorch)——多分类问题(Softmax Classifier)_第1张图片

视频截图如下: 

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最后一层不激活,直接给交叉熵损失

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