基于pytorch的简易卷积神经网络结构搭建-简易神经网络入门
- 关系拟合
要点
见证神经网络是如何通过简单的形式将一群数据用一条线条来表示. 或者说, 是如何在数据当中找到他们的关系, 然后用神经网络模型来建立一个可以代表他们关系的线条.
建立数据集
我们创建一些假数据来模拟真实的情况. 比如一个一元二次函数: y = a * x^2 + b, 我们给 y 数据加上一点噪声来更加真实的展示它.
import torchimport matplotlib.pyplot as plt
x = torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, 100), dim=1) # x data (tensor), shape=(100, 1)y = x.pow(2) + 0.2*torch.rand(x.size()) # noisy y data (tensor), shape=(100, 1)
# 画图plt.scatter(x.data.numpy(), y.data.numpy())plt.show()
建立神经网络
建立一个神经网络我们可以直接运用 torch 中的体系. 先定义所有的层属性(__init__()), 然后再一层层搭建(forward(x))层于层的关系链接. 建立关系的时候, 我们会用到激励函数。
import torchimport torch.nn.functional as F # 激励函数都在这
class Net(torch.nn.Module): # 继承 torch 的 Module
def __init__(self, n_feature, n_hidden, n_output):
super(Net, self).__init__() # 继承 __init__ 功能
# 定义每层用什么样的形式
self.hidden = torch.nn.Linear(n_feature, n_hidden) # 隐藏层线性输出
self.predict = torch.nn.Linear(n_hidden, n_output) # 输出层线性输出
def forward(self, x): # 这同时也是 Module 中的 forward 功能
# 正向传播输入值, 神经网络分析出输出值
x = F.relu(self.hidden(x)) # 激励函数(隐藏层的线性值)
x = self.predict(x) # 输出值
return x
net = Net(n_feature=1, n_hidden=10, n_output=1)
print(net) # net 的结构"""
Net (
(hidden): Linear (1 -> 10)
(predict): Linear (10 -> 1)
)
"""
训练网络
训练的步骤很简单, 如下:
# optimizer 是训练的工具optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.2) # 传入 net 的所有参数, 学习率loss_func = torch.nn.MSELoss() # 预测值和真实值的误差计算公式 (均方差)
for t in range(100):
prediction = net(x) # 喂给 net 训练数据 x, 输出预测值
loss = loss_func(prediction, y) # 计算两者的误差
optimizer.zero_grad() # 清空上一步的残余更新参数值
loss.backward() # 误差反向传播, 计算参数更新值
optimizer.step() # 将参数更新值施加到 net 的 parameters 上
可视化训练过程
为了可视化整个训练的过程, 更好的理解是如何训练, 我们如下操作:
import matplotlib.pyplot as plt
plt.ion() # 画图plt.show()
for t in range(200):
...
loss.backward()
optimizer.step()
# 接着上面来
if t % 5 == 0:
# plot and show learning process
plt.cla()
plt.scatter(x.data.numpy(), y.data.numpy())
plt.plot(x.data.numpy(), prediction.data.numpy(), 'r-', lw=5)
plt.text(0.5, 0, 'Loss=%.4f' % loss.data.numpy(), fontdict={'size': 20, 'color': 'red'})
plt.pause(0.1)
