python-pytorch基础之神经网络分类

生成数据函数

import random

def get_rectangle():
    width=random.random()
    height=random.random()
    
    # 如果width大于height就是1，否则就是0
    fat=int(width>=height)
    
    return width,height,fat

get_rectangle()
    

(0.19267437580138802, 0.645061020860627, 0)

fat=int(0.8>=0.9)
fat

0

定义数据集

import torch

class Dataset(torch.utils.data.Dataset):
    def __init__(self):
        pass
    
    def __len__(self):
        return 1000
    
    def __getitem__(self,i):
        width,height,fat=get_rectangle()
        
        # 这里注意width和height列表形式再转为tensor,另外是floattensor
        x=torch.FloatTensor([width,height])
        y=fat
        
        return x,y

dataset=Dataset()

# 这里没执行一次都要变，有什么意义？
len(dataset),dataset[999]

(1000, (tensor([0.4756, 0.1713]), 1))

定义loader加载数据

# 定义了数据集，然后使用loader去加载，需要记住batch_size,shuffle,drop_last这个三个常用的
loader=torch.utils.data.DataLoader(dataset=dataset,batch_size=9,shuffle=True,drop_last=True)

# 加载完了以后，就可以使用next去遍历了
len(loader),next(iter(loader))

(111,
 [tensor([[0.1897, 0.6766],
          [0.2460, 0.2725],
          [0.5871, 0.7739],
          [0.3035, 0.9607],
          [0.7006, 0.7421],
          [0.4279, 0.9501],
          [0.6750, 0.1704],
          [0.5777, 0.1154],
          [0.5512, 0.3933]]),
  tensor([0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1])])

# 输出结果：
# (111,
#  [tensor([[0.3577, 0.3401],
#           [0.0156, 0.7550],
#           [0.0435, 0.4984],
#           [0.1329, 0.5488],
#           [0.4330, 0.5362],
#           [0.1070, 0.8500],
#           [0.1073, 0.2496],
#           [0.1733, 0.0226],
#           [0.6790, 0.2119]]),
#   tensor([1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1])])  这里是torch自动将y组合成了一个tensor

定义神经网络模型

class Model(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        
        # 定义神经网络结构
        self.fb=torch.nn.Sequential(
            # 第一层输入两个，输出32个
            torch.nn.Linear(in_features=2,out_features=32),
            
            # 激活层的意思是小于0的数字变为0,即负数归零操作
            torch.nn.ReLU(),
            
            # 第二层，输入是32个，输出也是32个
            torch.nn.Linear(in_features=32,out_features=32),
            
            # 激活
            torch.nn.ReLU(),
            
            # 第三次，输入32个，输出2个
            torch.nn.Linear(in_features=32,out_features=2),
            
            # 激活，生成的两个数字相加等于1
            torch.nn.Softmax(dim=1)
        )
    
    
    # 定义网络计算过程
    def forward(self,x):
        return self.fb(x)
    
model=Model()

测试输出是否为2个

# 测试 8行2列的数据，让模型测试，看是否最后输出是否也是8行一列？

model(torch.rand(8,2)).shape

torch.Size([8, 2])

输入数据，输出结果

model(torch.tensor([[0.3577, 0.3401]]))

tensor([[0.5228, 0.4772]], grad_fn=)

训练模型函数

def train():
    #定义优化器,le-4表示0.0004,10的负四次方
    opitimizer=torch.optim.Adam(model.parameters(),lr=1e-4)
    #定义损失函数 ，一般回归使用mseloss，分类使用celoss
    loss_fn=torch.nn.CrossEntropyLoss()
    #然后train
    model.train()
    
    # 全量数据遍历100轮
    for epoch in range(100):
        # 遍历loader的数据,循环一次取9条数据，这里注意unpack时，x就是【width，height】
        for i,(x,y) in enumerate(loader):
            out=model(x)
            
            # 计算损失
            loss=loss_fn(out,y)
            # 计算损失的梯度
            loss.backward()
            
            # 优化参数
            opitimizer.step()
            # 梯度清零
            opitimizer.zero_grad()
                    
            # 第二十轮的时候打印一下数据
            if epoch % 20 ==0:
                # 正确率
                # out.argmax(dim=1) 表示哪个值大就说明偏移哪一类，dim=1暂时可以看做是固定的
                # (out.argmax(dim=1)==y).sum() 表示的true的个数
                acc=(out.argmax(dim=1)==y).sum().item()/len(y)
                print(epoch,loss.item(),acc)


    torch.save(model,"4.model")
    

计算正确率

执行的命令：

print(out,“======”,y,“+++++”,(out.argmax(dim=1)==y).sum().item())

print(out.argmax(dim=1),“------------”,(out.argmax(dim=1)==y),“~~~~~~~~~~~”,(out.argmax(dim=1)==y).sum())

输出的结果：

tensor([[9.9999e-01, 1.4671e-05],

    [4.6179e-14, 1.0000e+00],        
    
    [3.2289e-02, 9.6771e-01],        
    
    [1.1237e-22, 1.0000e+00],
    
    [9.9993e-01, 7.0015e-05],
    
    [8.6740e-02, 9.1326e-01],
    
    [1.1458e-18, 1.0000e+00],
    
    [5.2558e-01, 4.7442e-01],
    
    [9.7923e-01, 2.0772e-02]],         
        
    grad_fn=) ====== tensor([0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0]) +++++ 8

tensor([0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0]) ------------ tensor([ True, True, True, True, True, True, True, False, True]) ~~~~~~~~~~~ tensor(8)

解释：

out.argmax(dim=1) 表示哪个值大就说明偏移哪一类，dim=1暂时可以看做是固定的

(out.argmax(dim=1)==y).sum() 表示的true的个数

 a = torch.tensor([[1,2,3],[4,7,6]])


d = a.argmax(dim=1)
print(d)

tensor([2, 1])

训练数据并保存模型

train()

80 0.3329530954360962 1.0
80 0.31511250138282776 1.0
80 0.33394935727119446 1.0
80 0.3242819309234619 1.0
80 0.3188716471195221 1.0
80 0.3405844569206238 1.0
80 0.32696405053138733 1.0
80 0.3540787696838379 1.0
80 0.3390745222568512 1.0
80 0.3645476996898651 0.8888888888888888
80 0.3371085822582245 1.0
80 0.31789034605026245 1.0
80 0.31553390622138977 1.0
80 0.3162603974342346 1.0
80 0.35249051451683044 1.0
80 0.3582523465156555 1.0
80 0.3162645995616913 1.0
80 0.37988030910491943 1.0
80 0.34384390711784363 1.0
80 0.31773826479911804 1.0
80 0.3145104646682739 1.0
80 0.31753242015838623 1.0
80 0.3222736120223999 1.0
80 0.38612237572669983 1.0
80 0.35490038990974426 1.0
80 0.34469687938690186 1.0
80 0.34534531831741333 1.0
80 0.31800928711891174 1.0
80 0.34892910718917847 1.0
80 0.33424195647239685 1.0
80 0.37350085377693176 1.0
80 0.3298128843307495 1.0
80 0.3715909719467163 1.0
80 0.3507140874862671 1.0
80 0.33337005972862244 1.0
80 0.3134789764881134 1.0
80 0.35244104266166687 1.0
80 0.3148314654827118 1.0
80 0.3376845419406891 1.0
80 0.3315282464027405 1.0
80 0.3450225591659546 1.0
80 0.3139556646347046 1.0
80 0.34932857751846313 1.0
80 0.3512738049030304 1.0
80 0.3258627951145172 1.0
80 0.3197799324989319 1.0
80 0.358166366815567 0.8888888888888888
80 0.3716268837451935 1.0
80 0.31426626443862915 1.0
80 0.32130196690559387 1.0
80 0.3207002282142639 1.0
80 0.3891155421733856 1.0
80 0.35045987367630005 1.0
80 0.32332736253738403 1.0
80 0.31951677799224854 1.0
80 0.3184094727039337 1.0
80 0.3341224491596222 1.0
80 0.3408585786819458 1.0
80 0.3139263093471527 1.0
80 0.33058592677116394 1.0
80 0.3134475648403168 1.0
80 0.3281571567058563 1.0
80 0.33370518684387207 1.0
80 0.33172252774238586 1.0
80 0.32849007844924927 1.0
80 0.3604048788547516 1.0
80 0.3651810884475708 1.0

测试模型

准备数据

# 准备数据
x,fat=next(iter(loader))
x,fat

(tensor([[0.6733, 0.4044],
         [0.6503, 0.0303],
         [0.9353, 0.9518],
         [0.4145, 0.6948],
         [0.9560, 0.8009],
         [0.6331, 0.0852],
         [0.5510, 0.8283],
         [0.1402, 0.2726],
         [0.3257, 0.8351]]),
 tensor([1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0]))

加载模型预测

# 加载模型
modell=torch.load("4.model")
# 使用模型
out=modell(x)
out

tensor([[1.5850e-04, 9.9984e-01],
        [1.4121e-06, 1.0000e+00],
        [7.1068e-01, 2.8932e-01],
        [9.9994e-01, 5.5789e-05],
        [4.1401e-03, 9.9586e-01],
        [3.3441e-06, 1.0000e+00],
        [9.9995e-01, 4.7039e-05],
        [9.9111e-01, 8.8864e-03],
        [1.0000e+00, 1.5224e-06]], grad_fn=)

out.argmax(dim=1)

tensor([1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0])

对比结果

fat

tensor([1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0])

查看上面out的结果和fat的结论一致，不错