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[人工智能]pytorch简单项目模板

pytorch简单项目模板

初学pytorch,但是不知道一个完整的项目应该怎么写,网上的模板大多数都很复杂看不懂,终于找到一个适合新手用的模板,包含数据生成器、模型定义、训练、模型保存、记录最佳模型、画图分析。模板地址:https://github.com/KinglittleQ/Pytorch-Template

pytorch项目流程

一般来说,用pytorch编写深度学习模型,一般需要编写一下几个部分:
模型定义
数据处理和加载
训练模型
测试模型
训练过程可视化

这里先给出模板的总体,之后再详细说明:

import torch
import os
import os.path as osp


class TemplateModel():

    def __init__(self):
        self.writer = None
        self.train_logger = None  # not neccessary
        self.eval_logger = None  # not neccessary
        self.args = None  # not neccessary

        self.step = 0
        self.epoch = 0
        # self.sum_loss=0
        self.correct = 0
        self.total=0
        self.best_acc = float('Inf')

        self.model = None
        self.optimizer = None
        self.criterion = None
        self.metric = None


        self.train_loader = None
        self.test_loader = None

        self.device = None

        self.ckpt_dir = None
        self.log_per_step = None#每多少轮计算一次损失值
        # self.eval_per_epoch = None

    def check_init(self):#检测是否正常
        assert self.model
        assert self.optimizer
        assert self.criterion
        assert self.metric
        assert self.train_loader
        assert self.test_loader
        assert self.device
        assert self.ckpt_dir
        assert self.log_per_step

        if not osp.exists(self.ckpt_dir):
            os.mkdir(self.ckpt_dir)

    def load_state(self, fname, optim=True):#加载模型参数
        state = torch.load(fname)

        if isinstance(self.model, torch.nn.DataParallel):
            self.model.module.load_state_dict(state['model'])
        else:
            self.model.load_state_dict(state['model'])

        if optim and 'optimizer' in state:
            self.optimizer.load_state_dict(state['optimizer'])
        self.step = state['step']
        self.epoch = state['epoch']
        self.best_acc = state['best_acc']
        print('load model from {}'.format(fname))

    def save_state(self, fname, optim=True):#保存模型参数
        state = {}

        if isinstance(self.model, torch.nn.DataParallel):
            state['model'] = self.model.module.state_dict()
        else:
            state['model'] = self.model.state_dict()

        if optim:
            state['optimizer'] = self.optimizer.state_dict()
        state['step'] = self.step
        state['epoch'] = self.epoch
        state['best_acc'] = self.best_acc
        torch.save(state, fname)
        print('save model at {}'.format(fname))

    def train(self):#训练
        self.model.train()
        self.epoch += 1
        self.correct = 0
        self.total = 0
        for batch in self.train_loader:
            self.step += 1
            self.optimizer.zero_grad()

            loss, acc = self.train_loss(batch)

            loss.backward()

            self.optimizer.step()
            # self.sum_loss+=loss.item()

            if self.step % self.log_per_step == 0:
                self.writer.add_scalar('loss', loss.item(), self.step)
                print('train epoch {}\tstep {}\tloss {:.3}\tacc {:.3}'.format(self.epoch, self.step, loss.item(),acc))
                if self.train_logger:
                    self.train_logger(self.writer, acc)

    def train_loss(self, batch):
        x, y = batch
        x = x.to(self.device)
        y = y.to(self.device)
        pred = self.model(x)
        loss = self.criterion(pred, y)

        _, predicted = torch.max(pred.data, 1)
        self.correct += predicted.eq(y.data).sum()
        self.total += y.size(0)
        acc=self.correct/self.total

        return loss, acc

    # def train_acc(self,batch):


    def eval(self):
        self.model.eval()
        
        acc, others = self.eval_acc()

        if acc > self.best_acc:
            self.best_acc = acc
            self.save_state(osp.join(self.ckpt_dir, 'best.pth.tar'), False)
        self.save_state(osp.join(self.ckpt_dir, '{}.pth.tar'.format(self.epoch)))

        self.writer.add_scalar('acc', acc, self.epoch)
        print('epoch {}\tacc {:.3}'.format(self.epoch, acc))

        if self.eval_logger:
            self.eval_logger(self.writer, others)

        return acc

    def eval_acc(self):
        xs, ys, preds = [], [], []

        for batch in self.test_loader:
            x, y = batch
            x = x.to(self.device)
            y = y.to(self.device)
            pred = self.model(x)

            xs.append(x.cpu())
            ys.append(y.cpu())
            preds.append(pred.cpu())

        xs = torch.cat(xs, dim=0)
        ys = torch.cat(ys, dim=0)
        preds = torch.cat(preds, dim=0)
        acc = self.metric(preds, ys)

        return acc, None

    def inference(self, x):
        x = x.to(self.device)
        return self.model(x)

    def num_parameters(self):
        return sum([p.data.nelement() for p in self.model.parameters()])

模型定义

模型定义需要自己实现。我的模型定义在model中
在这里插入图片描述

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class LeNet(nn.Module):

    def __init__(self, act='relu'):
        super(LeNet, self).__init__()  # 第二、三行都是python类继承的基本操作,此写法应该是python2.7的继承格式,但python3里写这个好像也可以
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5)  # 添加第一个卷积层,调用了nn里面的Conv2d()
        self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)  # 最大池化层
        self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)  # 同样是卷积层
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)  # 接着三个全连接层
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        x = self.pool(F.relu(self.conv1(x)))
        x = self.pool(F.relu(self.conv2(x)))
        x = x.view(-1, 16 * 5 * 5)  
        # .view( )是一个tensor的方法,使得tensor改变size但是元素的总数是不变的。
        #  第一个参数-1是说这个参数由另一个参数确定, 比如矩阵在元素总数一定的情况下,确定列数就能确定行数。
        #  那么为什么这里只关心列数不关心行数呢,因为马上就要进入全连接层了,而全连接层说白了就是矩阵乘法,
        #  你会发现第一个全连接层的首参数是16*5*5,所以要保证能够相乘,在矩阵乘法之前就要把x调到正确的size
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = F.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x

定义完成后,要调用则在初始化模板时将它写入。

以下是train.py中代码,用这两个文件就可以进行模型训练了。

import torch
import torch.optim as optim
import torchvision.transforms as tfs
import torchvision
from torchvision.datasets import MNIST
from torch.utils.data import DataLoader
import tensorboardX as tX
from example.LeNet.model import LeNet
# import os.path as osp
from torchT import TemplateModel


lr = 0.001
batch_size = 128
n_epochs = 130
eval_per_epoch = 1
log_per_step = 100
# device = torch.device('cuda:0')
log_dir = 'log'
ckpt_dir = 'checkpoint'
device = torch.device("cuda:0" )

class Model(TemplateModel):

    def __init__(self, args=None):
        super().__init__()

        self.writer = tX.SummaryWriter(log_dir=log_dir, comment='LeNet')
        self.train_logger = None
        self.eval_logger = None
        self.args = args

        self.step = 0
        self.epoch = 0
        self.best_error = float('Inf')

        self.device = torch.device('cuda:0')

        self.model = LeNet().to(self.device)
        self.optimizer = optim.Adam(self.model.parameters(), lr=lr)
        self.criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss()
        self.metric = metric

        # train_transform = tfs.Compose([tfs.ToTensor(), tfs.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])
        train_transform = tfs.Compose([
            # tfs.RandomRotation(degrees=15),  # 将图像在-15-15之间随机旋转
            # tfs.ColorJitter(brightness=0.5, contrast=0.5, saturation=0.5, hue=0.5),  # 修改修改亮度、对比度和饱和度
            # # transforms.RandomResizedCrop( scale=(0.1, 1), ratio=(0.5, 2)),
            # tfs.RandomHorizontalFlip(),
            tfs.ToTensor(), tfs.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])

        train_dataset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='CIFAR10', train=True, transform=train_transform, download=True)
        train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)

        test_dataset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='CIFAR10', train=False, transform=train_transform, download=True)
        test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)

        self.train_loader = train_loader
        self.test_loader = test_loader

        self.ckpt_dir = ckpt_dir
        self.log_per_step = log_per_step
        # self.eval_per_epoch = None

        self.check_init()


def metric(pred, target):
    pred = torch.argmax(pred, dim=1)
    correct_num = torch.sum(pred == target).item()
    total_num = target.size(0)
    accuracy = correct_num / total_num
    # return 1. - accuracy
    return accuracy

def main():
    model = Model()

    for i in range(n_epochs):
        model.train()

        if model.epoch % eval_per_epoch == 0:
            print("Waiting Test!")
            with torch.no_grad():
                model.eval()

    print('Done!!!')


if __name__ == '__main__':
    print(torch.__version__)
    print(torch.cuda.is_available())
    main()

在此处调用网络。
在这里插入图片描述
其他地方也大致相同,只需要将模板中的一些属性重写就可以了。

我修改了部分的代码,加入了训练时的准确度计算,将测试时的计算错误率改成了准确率。

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