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[人工智能]PyTorch深度学习实践-P13循环神经网络(高级篇)

用RNN做一个分类器~

  • 根据名字来判断国家18个语言地区,几千个名字,训练模型,输入新名字,然后告诉我们是使用哪种语言的人
  • 复习:oneho通过嵌入层,然后RNN层,隐状态~做线性层,把输出映射成我们要的维度

  • ?hN是最后一个隐层

  • 输入名字M c l e a n是一个序列,而且序列长短不一样

  • 我们把嵌入层RNN 线性层 定义名叫RNNClassifier

  • 主循环:

  • if __name__ == '__main__':
        #N_CHARS字符数量输入英文字母转换成onehot向量、隐层数量、country分类一共多少、layerGRU几层
        classifier = RNNClassifier(N_CHARS, HIDDEN_SIZE, N_COUNTRY, N_LAYER)
        if USE_GPU:
            device = torch.device("cuda:0")
            classifier.to(device)
        #损失函数、优化器
        criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss()
        optimizer = torch.optim.Adam(classifier.parameters(), lr=0.001)
        #打印训练时间的长度
        start = time.time()
        print("Training for %d epochs..." % N_EPOCHS)
        #recording the accuracy of testing
        acc_list = []
        for epoch in range(1, N_EPOCHS + 1):
            # Train cycle 把训练和测试封装在两个函数里
            trainModel()
            acc = testModel()
            acc_list.append(acc)

    还有一个函数:

  • #距离训练开始的时间,python中以秒为单位,除60变成分
        def time_since(since):
            s = time.time() - since
            m = math.floor(s / 60)
            s -= m * 60
            return '%dm %ds' % (m, s)
    

    1准备数据

  • 名字的处理:
  • 每个字符对应一个ASCII值0-127

  • 序列长度不一样,做padding让他们变成一样长度

  • 国家处理:

  • 把国家名变成分类索引,从0开始索引标签~做一个对应的词典~

  • 代码:

  • # Parameters
    HIDDEN_SIZE = 100
    BATCH_SIZE = 256
    N_LAYER = 2
    N_EPOCHS = 100
    N_CHARS = 128
    USE_GPU = False
    
    
    #prepare data
    class NameDataset(Dataset):
        def __init__(self, is_train_set=True):
            #reading data frfom .gz file with package gzip and csv
            filename = 'data/names_train.csv.gz' if is_train_set else 'data/names_test.csv.gz'
            with gzip.open(filename, 'rt') as f:
                reader = csv.reader(f)
                rows = list(reader)
                #save names and countries in list
                self.names = [row[0] for row in rows]
                self.len = len(self.names)
                self.countries = [row[1] for row in rows]
                #save countries and its index in list and dictionary
                #sorted 去除重复的国家名
                self.country_list = list(sorted(set(self.countries)))
                #根据列表 转成词典
                self.country_dict = self.getCountryDict()
                self.country_num = len(self.country_list)
    
        # save countries and its index in list and dictionary
        def __getitem__(self, index):
            return self.names[index], self.country_dict[self.countries[index]]
        #return length of dataset
        def __len__(self):
            return self.len
    
        #convert list into dictionary
        def getCountryDict(self):
            country_dict = dict()
    
        for idx, country_name in enumerate(self.country_list, 0):
            country_dict[country_name] = idx
            return country_dict
        #根据索引返回国家名
        def idx2country(self, index):
            return self.country_list[index]
        #得到国家的数量
        def getCountriesNum(self):
            return self.country_nu
    
        trainset = NameDataset(is_train_set=True)
        trainloader = DataLoader(trainset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True)
        testset = NameDataset(is_train_set=False)
        testloader = DataLoader(testset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=False)
        #N_COUNTRY is output size of our model
        N_COUNTRY = trainset.getCountriesNum()

    ?2模型设置

  • 什么是Bi-direction RNN/LSTM/GRU
  • 在自然语言中 考虑后文的词的影响
  • forward沿着序列方向,反向一次,然后把正向反向的隐层做拼接~
  • 输出:h0...hN
  • hidden=[{h_{N}}^{f}, h_{N}^{b}]

?

?代码:

#model design
class RNNClassifier(torch.nn.Module):
    def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size, n_layers=1, bidirectional=True):
        super(RNNClassifier, self).__init__()
        #hidden size n——layers是GRU的参数
        self.hidden_size = hidden_size
        self.n_layers = n_layers
        self.n_directions = 2 if bidirectional else 1

        #The input of Embedding layer with shape (𝑠𝑒𝑞𝐿𝑒𝑛, 𝑏𝑎𝑡𝑐?𝑆𝑖𝑧𝑒)
        #The ouput of Embedding layer with shape ( 𝑠𝑒𝑞𝐿𝑒𝑛, 𝑏𝑎𝑡𝑐?𝑆𝑖𝑧𝑒, ?𝑖𝑑𝑑𝑒𝑛𝑆𝑖𝑧)
        self.embedding = torch.nn.Embedding(input_size, hidden_size)

        #GRU层 bidirectional是用来说明是单向还是双向
        self.gru = torch.nn.GRU(hidden_size, hidden_size, n_layers,
                            bidirectional=bidirectional)
        #bidirectional之后要乘self.n_directions
        self.fc = torch.nn.Linear(hidden_size * self.n_directions, output_size)


    def _init_hidden(self, batch_size):
        hidden = torch.zeros(self.n_layers * self.n_directions,
        batch_size, self.hidden_size)
        return create_tensor(hidden)

    def forward(self, input, seq_lengths):

        # input shape : B x S -> S x B transpose转置
        input = input.t()
        batch_size = input.size(1)

        hidden = self._init_hidden(batch_size)
        embedding = self.embedding(input)
        # pack them up GRU中的提速功能
        gru_input = pack_padded_sequence(embedding, seq_lengths)
        output, hidden = self.gru(gru_input, hidden)
        if self.n_directions == 2:
            hidden_cat = torch.cat([hidden[-1], hidden[-2]], dim=1)
        else:
            hidden_cat = hidden[-1]
        fc_output = self.fc(hidden_cat)
        return fc_output

3convert name to tensor

  • 把字符转变成一个字符,字符变成ASCII码,然后填充,转置,排序

def name2list(name):
    arr=[ord(c) for c in name]
    return arr,len(arr)

def make_tensors(names, countries):
    sequences_and_lengths = [name2list(name) for name in names]
    name_sequences = [sl[0] for sl in sequences_and_lengths]
    seq_lengths = torch.LongTensor([sl[1] for sl in sequences_and_lengths])
    countries = countries.long()

    # make tensor of name, BatchSize x SeqLen
    # 补零:先将所有的0yongtensor初始化,然后在每行前面填充名字
    seq_tensor = torch.zeros(len(name_sequences), seq_lengths.max()).long()
    # print("seq_lengths.max:", seq_lengths.max())
    for idx, (seq, seq_len) in enumerate(zip(name_sequences, seq_lengths), 0):
        seq_tensor[idx, :seq_len] = torch.LongTensor(seq)

    # sort by length to use pack_padded_sequence
    # 将名字长度降序排列,并且返回降序之后的长度在原tensor中的小标perm_idx
    seq_lengths, perm_idx = seq_lengths.sort(dim=0, descending=True)
    # 这个Tensor中的类似于列表中切片的方法神奇啊,直接返回下标对应的元素,相等于排序了
    seq_tensor = seq_tensor[perm_idx]
    countries = countries[perm_idx]

    # 返回排序之后名字Tensor,排序之后的名字长度Tensor,排序之后的国家名字Tensor
    return create_tensor(seq_tensor), \
        create_tensor(seq_lengths),\
        create_tensor(countries)

4 训练数据

classifier = RNNClassifier(N_CHARS, HIDDEN_SIZE, N_COUNTRY, N_LAYER) 

criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss() 
optimizer = torch.optim.Adam(classifier.parameters(), lr=0.001)

import time
import math

def trainModel():
    def time_since(since):
        s = time.time() - since
        m = math.floor(s / 60)
        s -= m * 60
        return '%dm %ds' % (m, s)

    total_loss = 0 
    for i, (names, countries) in enumerate(trainLoader, 1):
        # print(type(names), type(countries))
        # print(len(names), countries.shape)
        inputs, seq_lengths, target = make_tensors(names, countries)
        
        output = classifier(inputs, seq_lengths) 
        # print("Shape:", output.shape, target.shape)
        # 注意输出和目标的维度:Shape: torch.Size([256, 18]) torch.Size([256])
        loss = criterion(output, target) 
        optimizer.zero_grad() 
        loss.backward() 
        optimizer.step()

        total_loss += loss.item() 
        if i % 10 == 0:
            print(f'[{time_since(start)}] Epoch {epoch} ', end='')
            print(f'[{i * len(inputs)}/{len(trainSet)}] ', end='')
            print(f'loss={total_loss / (i * len(inputs))}') 
    return total_loss

def testModel():
    correct = 0
    total = len(testSet)
    print("evaluating trained model ... ")
    with torch.no_grad():
        for i, (names, countries) in enumerate(testLoader):
            inputs, seq_lengths, target = make_tensors(names, countries)
            output = classifier(inputs, seq_lengths)
            # 注意这个keepdim的使用,为了直接和target计算loss
            pred = output.max(dim=1, keepdim=True)[1]
            # 注意这个view_as 和 eq
            correct += pred.eq(target.view_as(pred)).sum().item()
        
        percent = '%.2f' % (100 * correct / total) 
        print(f'Test set: Accuracy {correct}/{total} {percent}%')

    return correct / total
  
N_EPOCHS = 50
start = time.time() 
print("Training for %d epochs..." % N_EPOCHS) 
acc_list = [] 
for epoch in range(1, N_EPOCHS + 1):
    # Train cycle
    trainModel() 
    acc = testModel() 
    acc_list.append(acc)

训练结果:

Training for 50 epochs...
[0m 2s] Epoch 1 [2560/13374] loss=0.00895661092363298
[0m 4s] Epoch 1 [5120/13374] loss=0.007739758561365306
[0m 6s] Epoch 1 [7680/13374] loss=0.0069853457777450485
[0m 8s] Epoch 1 [10240/13374] loss=0.006530495395418256
[0m 11s] Epoch 1 [12800/13374] loss=0.006135637713596225
evaluating trained model ...?
Test set: Accuracy 4535/6700 67.69%
[0m 15s] Epoch 2 [2560/13374] loss=0.004228085093200207
[0m 17s] Epoch 2 [5120/13374] loss=0.0041014277492649855
[0m 19s] Epoch 2 [7680/13374] loss=0.004011582878107826
[0m 22s] Epoch 2 [10240/13374] loss=0.0038964587613008915
[0m 24s] Epoch 2 [12800/13374] loss=0.0038181920163333416
evaluating trained model ...?
......(中间省略若干)
[12m 46s] Epoch 49 [2560/13374] loss=0.00016357196727767587
[12m 49s] Epoch 49 [5120/13374] loss=0.0001682748734310735
[12m 51s] Epoch 49 [7680/13374] loss=0.00017566338913942067
[12m 54s] Epoch 49 [10240/13374] loss=0.0001776946208337904
[12m 57s] Epoch 49 [12800/13374] loss=0.00018831568930181676
evaluating trained model ...?
Test set: Accuracy 5627/6700 83.99%
[13m 2s] Epoch 50 [2560/13374] loss=0.00016892087151063607
[13m 5s] Epoch 50 [5120/13374] loss=0.00015529338124906645
[13m 7s] Epoch 50 [7680/13374] loss=0.00017500294488854707
[13m 11s] Epoch 50 [10240/13374] loss=0.00017692927776806754
[13m 14s] Epoch 50 [12800/13374] loss=0.00018558732335804962
evaluating trained model ...?
Test set: Accuracy 5613/6700 83.78%
?

?5可视化

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

epoch = np.arange(1, len(acc_list) + 1)
acc_list = np.array(acc_list)
plt.plot(epoch, acc_list)
plt.xlabel('Epoch')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.grid()
plt.show()

?注意:本节没看完,实在看不懂了,所以后半程的代码参考另一个csdn大佬博客【PyTorch】深度学习实践 b站 第13讲RNN高级篇_像我这样的人-CSDN博客? 若有侵犯联系删除

?作业:

链接:Sentiment Analysis on Movie Reviews | Kaggle

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加:2021-10-27 12:50:24  更:2021-10-27 12:52:01 
 
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