PyTorch:详解线性回归实战

线性回归

对于线性回归,相信大家都很熟悉了,各种机器学习的书第一个要讲的内容必定有线性回归,这里简单的回顾一下什么是简单的一元线性回归。即给出一系列的点,找一条直线,使得这条直线与这些点的距离之和最小。

PyTorch:详解线性回归实战_第1张图片

上面这张图就简单地描绘出了线性回归的基本原理,下面我们重点讲讲如何用pytorch写一个简单的线性回归。

这里简单的线性回归模型视为:y=kx+b,其中x是输入数据,k和b是需要学习的参数,y是网络的预测输出。那么学习的目的就是让网络预测输出尽可能接近真实标签y_real,所以损失函数可以使用MSE损失如下:

L=MSE(y,y_real)

优化的目的就是最小化L,从而学习到合适的w和b。

神经网络设计四大步骤:

  1. 准备数据集;
  2. 定义模型;
  3. 定义损失函数和优化器;
  4. 训练模型;

PyTorch:详解线性回归实战_第2张图片

1. 定义数据

import torch

x_data = torch.Tensor([[1.0], [2.0], [3.0]])
y_data = torch.Tensor([[2.0], [4.0], [6.0]])

Tensor是pytorch里面的基本处理单元,torch.Tensor是一种包含单一数据类型元素的多维矩阵。

2. 定义模型(model)

还是继承pytorch提供的nn.Module()类。通过把nn.Linear()绑定到类实例属性,以及实现forward()方法实现前向传播:

class LinearModel(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LinearModel, self).__init__()
        self.linear = torch.nn.Linear(1, 1)  # input and output is 1 dimension
    def forward(self, x):
        y_pred = self.linear(x)
        return y_pred

model = LinearModel()

这里的nn.Linear表示的是 y=w*x b,里面的两个参数都是1,表示的是x是1维,y也是1维。当然这里是可以根据你想要的输入输出维度来更改的,之前使用的别的框架的同学应该很熟悉。

3. 定义损失函数和优化器

然后需要定义loss和optimizer,就是误差和优化函数

要定义一个优化器,这里使用SGD优化器。

criterion = torch.nn.MSELoss()

optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)

这里使用的是最小二乘loss,之后我们做分类问题更多的使用的是cross entropy loss,交叉熵。优化函数使用的是随机梯度下降,注意需要将model的参数model.parameters()传进去让这个函数知道他要优化的参数是那些。

4. 训练

for epoch in range(100):
    y_pred = model(x_data)  #前向传播
    loss = criterion(y_pred, y_data) #计算loss
    print(epoch, loss)

    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()  #反向传播
    optimizer.step() #更新参数

第一个循环表示每个epoch,接着开始前向传播,然后计算loss,然后反向传播,接着优化参数,特别注意的是在每次反向传播的时候需要将参数的梯度归零,即

optimzier.zero_grad()

validation

训练完成之后我们就可以开始测试模型了

# Output weight and bias
print('w = ',model.linear.weight.item())
print('b = ',model.linear.bias.item())

# Test Model
x_test = torch.Tensor([[4.0]])
y_test = model(x_test)
print("y_pred = ", y_test.data)

loss的结果以及w、b的结果:

PyTorch:详解线性回归实战_第3张图片

将epoch的迭代次数改成1000,得到更加小的损失,和更精确的w、b参数。

PyTorch:详解线性回归实战_第4张图片

ok,在这篇文章中我们使用pytorch实现了简单的线性回归模型,掌握了pytorch的一些基本操作。

附完整代码:

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2020/8/26 20:36
# @Author  : jhys
# @FileName: linearReg.py

import torch

x_data = torch.Tensor([[1.0], [2.0], [3.0]])
y_data = torch.Tensor([[2.0], [4.0], [6.0]])

class LinearModel(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LinearModel, self).__init__()
        self.linear = torch.nn.Linear(1, 1)
    def forward(self, x):
        y_pred = self.linear(x)
        return y_pred

model = LinearModel()

criterion = torch.nn.MSELoss()

optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)

for epoch in range(1000):
    y_pred = model(x_data)  #前向传播
    loss = criterion(y_pred, y_data) #计算loss
    print(epoch, loss)

    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()  #反向传播
    optimizer.step() #更新参数


# Output weight and bias
print('w = ',model.linear.weight.item())
print('b = ',model.linear.bias.item())

# Test Model
x_test = torch.Tensor([[4.0]])
y_test = model(x_test)
print("y_pred = ", y_test.data)


 

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