python使用Tensorflow检测GPU运行与使用Pytorch

GPU运行状态检测

在先前，博主完成了GPU环境的配置，那么今天博主来实验一下使用GPU来运行我们的项目
使用cmd 输入nvidia-smi查看GPU使用情况，下面是Linux里面的一个显示

下面是我的运行状态：
PS：在运行前需要安装tensflow-gpu与CUDA，cuDNN对应好,这里折磨了博主好久

https://tensorflow.google.cn/install/source_windows

安装对应的tensorflow-gpu

 pip install tensorflow_gpu==1.2.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

测试：

import tensorflow as tf
tensorflow_version = tf.__version__
gpu_available = tf.test.is_gpu_available()
print('tensorflow version:',tensorflow_version, '\tGPU available:', gpu_available)
a = tf.constant([1.0, 2.0], name='a')
b = tf.constant([1.0, 2.0], name='b')
result = tf.add(a,b, name='add')
print(result)
import os
from tensorflow.python.client import device_lib
os.environ["TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL"] = "99"
if __name__ == "__main__":
    print(device_lib.list_local_devices())

接下来，我们跑个程序来比较一下CPU和GPU性能上的差距：

import tensorflow as tf
import timeit
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def cpu_run(num):
  with tf.device('/cpu:0'):
    cpu_a=tf.random_normal([1,num])
    cpu_b=tf.random_normal([num,1])
    c=tf.matmul(cpu_a,cpu_b)
  return c
def gpu_run(num):
  with tf.device('/gpu:0'):
    gpu_a=tf.random_normal([1,num])
    gpu_b=tf.random_normal([num,1])
    c=tf.matmul(gpu_a,gpu_b)
  return c
k=10
m=7
cpu_result=np.arange(m,dtype=np.float32)
gpu_result=np.arange(m,dtype=np.float32)
x_time=np.arange(m)
for i in range(m):
  k=k*10
  x_time[i]=k
  cpu_str='cpu_run('+str(k)+')'
  gpu_str='gpu_run('+str(k)+')'
  #print(cpu_str)
  cpu_time=timeit.timeit(cpu_str,'from __main__ import cpu_run',number=10)
  gpu_time=timeit.timeit(gpu_str,'from __main__ import gpu_run',number=10)
  # 正式计算10次，取平均时间
  cpu_time=timeit.timeit(cpu_str,'from __main__ import cpu_run',number=10)
  gpu_time=timeit.timeit(gpu_str,'from __main__ import gpu_run',number=10)
  cpu_result[i]=cpu_time
  gpu_result[i]=gpu_time
print(cpu_result)
print(gpu_result)
fig, ax = plt.subplots()
ax.set_xscale("log")
ax.set_adjustable("datalim")
ax.plot(x_time,cpu_result)
ax.plot(x_time,gpu_result)
ax.grid()
plt.draw()
plt.show()

Pytorch的使用

在不同CUDA版本下的安装，由于博主的显卡太拉跨导致CUDA版本太低不支持，只能安装CPU版本的了

pip install torch1.10.1+cpu torchvision0.11.2+cpu torchaudio==0.10.1 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

其他命令：

# CUDA 11.1
pip install torch==1.10.1+cu111 torchvision==0.11.2+cu111 torchaudio==0.10.1 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
 
# CUDA 10.2
pip install torch==1.10.1+cu102 torchvision==0.11.2+cu102 torchaudio==0.10.1 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
 
# CPU only
pip install torch==1.10.1+cpu torchvision==0.11.2+cpu torchaudio==0.10.1 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

Pytorch实现手写数字识别

数据集下载地址：

http://yann.lecun.com/exdb/mnist/

手写数字识别是一个比较简单的任务，数字只可能是0-9中的一个，这是个10分类的问题。

MNIST手写数字识别项目因为数据量小，识别任务简单而成为图像识别入门的第一课，MNIST手写数字识别项目有如下特点：

（1） 识别难度低，即使把图片展开为一维数据，且只使用全连接层也能获得超过98%的识别准确度。

（2）计算量小，不需要GPU加速也可以快速训练完成。

（3）数据容易得到，教程容易得到。

# coding=utf-8
import os
import torch
from torch import nn, optim
import torch.nn.functional as F
# from torch.autograd import Variable
from torchvision import datasets, transforms

transform = transforms.Compose([
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))
])

trainset = datasets.MNIST('data', train=True, download=True, transform=transform)#下载，加载数据
testset = datasets.MNIST('data', train=False, download=True, transform=transform)


class LeNet(nn.Module):
    # 定义Net的初始化函数，本函数定义了神经网络的基本结构
    def __init__(self):
        # 继承父类的初始化方法，即先运行nn.Module的初始化函数
        super(LeNet, self).__init__()
        # C1卷积层：输入1张灰度图片，输出6张特征图，卷积核5x5
        self.c1 = nn.Conv2d(1, 6, (5, 5))
        # C3卷积层：输入6张特征图，输出16张特征图，卷积核5x5
        self.c3 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
        # 全连接层S4->C5：从S4到C5是全连接，S4层中16*4*4个节点全连接到C5层的120个节点上
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 4 * 4, 120)
        # 全连接层C5->F6：C5层的120个节点全连接到F6的84个节点上
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        # 全连接层F6->OUTPUT：F6层的84个节点全连接到OUTPUT层的10个节点上，10个节点的输出代表着0到9的不同分值。
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    # 定义向前传播函数
    def forward(self, x):
        # 输入的灰度图片x经过c1的卷积之后得到6张特征图，然后使用relu函数，增强网络的非线性拟合能力，接着使用2x2窗口的最大池化，然后更新到x
        x = F.max_pool2d(F.relu(self.c1(x)), 2)
        # 输入x经过c3的卷积之后由原来的6张特征图变成16张特征图，经过relu函数，并使用最大池化后将结果更新到x
        x = F.max_pool2d(F.relu(self.c3(x)), 2)
        # 使用view函数将张量x（S4）变形成一维向量形式，总特征数不变，为全连接层做准备
        x = x.view(-1, self.num_flat_features(x))
        # 输入S4经过全连接层fc1，再经过relu，更新到x
        x = F.relu(self.fc1(x))
        # 输入C5经过全连接层fc2，再经过relu，更新到x
        x = F.relu(self.fc2(x))
        # 输入F6经过全连接层fc3，更新到x
        x = self.fc3(x)
        return x

    # 计算张量x的总特征量
    def num_flat_features(self, x):
        # 由于默认批量输入，第零维度的batch剔除
        size = x.size()[1:]
        num_features = 1
        for s in size:
            num_features *= s
        return num_features


CUDA = torch.cuda.is_available()
if CUDA:
    lenet = LeNet().cuda()
else:
    lenet = LeNet()

criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(lenet.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=4, shuffle=True, num_workers=2)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=4, shuffle=False, num_workers=2)


def train(model, criterion, optimizer, epochs=1):
    for epoch in range(epochs):
        running_loss = 0.0
        for i, data in enumerate(trainloader, 0):
            inputs, labels = data
            if CUDA:
                inputs, labels = inputs.cuda(), labels.cuda()
            optimizer.zero_grad()
            outputs = model(inputs)

            loss = criterion(outputs, labels)
            loss.backward()
            optimizer.step()

            running_loss += loss.item()

            if i % 1000 == 999:
                print('[Epoch:%d, Batch:%5d] Loss: %.3f' % (epoch + 1, i + 1, running_loss / 1000))
                running_loss = 0.0

    print('Finished Training')


def test(testloader, model):
    correct = 0
    total = 0
    for data in testloader:
        images, labels = data
        if CUDA:
            images = images.cuda()
            labels = labels.cuda()
        outputs = model(images)
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        total += labels.size(0)
        correct += (predicted == labels).sum()
    print('Accuracy on the test set: %d %%' % (100 * correct / total))


def load_param(model, path):
    if os.path.exists(path):
        model.load_state_dict(torch.load(path))


def save_param(model, path):
    torch.save(model.state_dict(), path)

if __name__ =="__main__":
    load_param(lenet, 'model.pkl')
    train(lenet, criterion, optimizer, epochs=2)
    save_param(lenet, 'model.pkl')
    test(testloader, lenet)