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就像船長依賴儀器來保持航向一樣，數(shù)據(jù)科學家需要回調(diào)和日志記錄系統(tǒng)來監(jiān)控和指導他們在PyTorch中的模型訓練。在本教程中，我們將指導您實現(xiàn)回調(diào)和日志記錄功能，以成功訓練模型。
回調(diào)和日志記錄是PyTorch中有效管理和監(jiān)控機器學習模型訓練過程的基本工具。
在編程中，回調(diào)是一個作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)的函數(shù)。這允許回調(diào)函數(shù)在調(diào)用函數(shù)的特定點執(zhí)行。在PyTorch中，回調(diào)用于在訓練循環(huán)的指定階段執(zhí)行操作，例如一個時期的結(jié)束或處理一個批次之后。這些階段可以是：
回調(diào)執(zhí)行的常見操作包括：
日志記錄是指記錄軟件執(zhí)行過程中發(fā)生的事件。PyTorch日志記錄對于監(jiān)控各種指標至關重要，以理解模型隨時間的性能。存儲訓練指標，如：
日志記錄提供了模型訓練歷程的歷史記錄。它允許您：
讓我們逐步了解如何在PyTorch中實現(xiàn)一個簡單的回調(diào)和日志記錄系統(tǒng)。
首先，我們定義一個回調(diào)類，它將在每個時期的結(jié)束時打印一條消息。
class PrintCallback: def on_epoch_end(self, epoch, logs): print(f"Epoch {epoch}: loss = {logs['loss']:.4f}, accuracy = {logs['accuracy']:.4f}")接下來，我們修改訓練循環(huán)以接受我們的回調(diào)，并在每個時期的結(jié)束時調(diào)用它。
def train_model(model, dataloader, criterion, optimizer, epochs, callbacks): for epoch in range(epochs): for batch in dataloader: # Training process happens here pass logs = {'loss': 0.001, 'accuracy': 0.999} # Example metrics after an epoch for callback in callbacks: callback.on_epoch_end(epoch, logs)對于日志記錄，我們將使用Python內(nèi)置的日志模塊來記錄訓練進度。
import logginglogging.basicConfig(level=logging.INFO)def log_metrics(epoch, logs): logging.info(f"Epoch {epoch}: loss = {logs['loss']:.4f}, accuracy = {logs['accuracy']:.4f}")最后，我們創(chuàng)建我們的回調(diào)實例，設置記錄器，并開始訓練過程。
print_callback = PrintCallback()train_model(model, dataloader, criterion, optimizer, epochs=10, callbacks=[print_callback])讓我們創(chuàng)建一個代表我們機器人繪畫的隨機數(shù)字的簡單數(shù)據(jù)集。我們將使用PyTorch創(chuàng)建隨機數(shù)據(jù)點。
import torch# Generate random data pointsdata = torch.rand(100, 3) # 100 paintings, 3 colors eachlabels = torch.randint(0, 2, (100,)) # Randomly label them as good (1) or bad (0)步驟1：定義一個簡單模型
現(xiàn)在，我們將定義一個簡單的模型，嘗試學習對繪畫進行分類。
from torch import nn# A simple neural network with one layerclass SimpleModel(nn.Module): def __init__(self): super(SimpleModel, self).__init__() self.layer = nn.Linear(3, 2) def forward(self, x): return self.layer(x)model = SimpleModel()步驟2：設置訓練
我們將準備訓練模型所需的一切。
# Loss function and optimizercriterion = nn.CrossEntropyLoss()optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1)# DataLoader to handle our datasetfrom torch.utils.data import TensorDataset, DataLoaderdataset = TensorDataset(data, labels)dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=10)步驟3：實現(xiàn)一個回調(diào)
我們將創(chuàng)建一個回調(diào)，它在每個時期后打印損失。
class PrintLossCallback: def on_epoch_end(self, epoch, loss): print(f"Epoch {epoch}: loss = {loss:.4f}")步驟4：使用回調(diào)訓練
現(xiàn)在，我們將訓練模型并使用我們的回調(diào)。
def train(model, dataloader, criterion, optimizer, epochs, callback): for epoch in range(epochs): total_loss = 0 for inputs, targets in dataloader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() total_loss += loss.item() callback.on_epoch_end(epoch, total_loss / len(dataloader))# Create an instance of our callbackprint_loss_callback = PrintLossCallback()# Start trainingtrain(model, dataloader, criterion, optimizer, epochs=5, callback=print_loss_callback)輸出：
Epoch 0: loss = 0.6927Epoch 1: loss = 0.6909Epoch 2: loss = 0.6899Epoch 3: loss = 0.6891Epoch 4: loss = 0.6885步驟5：可視化訓練
我們可以繪制隨時間變化的損失，以可視化我們機器人的進步。
import matplotlib.pyplot as pltlosses = [] # Store the losses hereclass PlotLossCallback: def on_epoch_end(self, epoch, loss): losses.append(loss) plt.plot(losses) plt.xlabel('Epoch') plt.ylabel('Loss') plt.show()# Update our training function to use the plotting callbackplot_loss_callback = PlotLossCallback()train(model, dataloader, criterion, optimizer, epochs=5, callback=plot_loss_callback)輸出：
對于第二個示例，我們將使用在線可用的真實數(shù)據(jù)集。我們將直接使用URL加載著名的鳶尾花數(shù)據(jù)集。
步驟1：加載數(shù)據(jù)集
我們將使用pandas從URL加載數(shù)據(jù)集。
import pandas as pd# Load the Iris dataseturl = "https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/iris/iris.data"iris_data = pd.read_csv(url, header=None)步驟2：預處理數(shù)據(jù)
我們需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PyTorch可以理解的格式。
from sklearn.preprocessing import LabelEncoderfrom sklearn.model_selection import train_test_split# Encode the labelsencoder = LabelEncoder()iris_labels = encoder.fit_transform(iris_data[4])# Split the datatrain_data, test_data, train_labels, test_labels = train_test_split( iris_data.iloc[:, :4].values, iris_labels, test_size=0.2, random_state=42)# Convert to PyTorch tensorstrain_data = torch.tensor(train_data, dtype=torch.float32)test_data = torch.tensor(test_data, dtype=torch.float32)train_labels = torch.tensor(train_labels, dtype=torch.long)test_labels = torch.tensor(test_labels, dtype=torch.long)# Create DataLoaderstrain_dataset = TensorDataset(train_data, train_labels)test_dataset = TensorDataset(test_data, test_labels)train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=10)test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=10)步驟3：為鳶尾花數(shù)據(jù)集定義一個模型
我們將為鳶尾花數(shù)據(jù)集創(chuàng)建一個合適的模型。
class IrisModel(nn.Module): def __init__(self): super(IrisModel, self).__init__() self.layer1 = nn.Linear(4, 10) self.layer2 = nn.Linear(10, 3) def forward(self, x): x = torch.relu(self.layer1(x)) return self.layer2(x)iris_model = IrisModel()步驟4：訓練模型
我們將按照之前的步驟訓練這個模型。
# Assume the same training function and callbacks as beforetrain(iris_model, train_loader, criterion, optimizer, epochs=5, callback=plot_loss_callback)輸出：
步驟5：評估模型
最后，我們將檢查我們的模型在測試數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)如何。
def evaluate(model, test_loader): model.eval() # Set the model to evaluation mode correct = 0 with torch.no_grad(): # No need to track gradients for inputs, targets in test_loader: outputs = model(inputs) _, predicted = torch.max(outputs, 1) correct += (predicted == targets).sum().item() accuracy = correct / len(test_loader.dataset) print(f"Accuracy: {accuracy:.4f}")evaluate(iris_model, test_loader)輸出：
Accuracy: 0.3333您可以通過設置回調(diào)和日志記錄來進行必要的調(diào)整，獲得對模型訓練過程的洞察，并確保其高效學習。請記住，如果您的模型提供明確反饋，您通往訓練有素的機器學習模型的道路將更加順利。本文提供了適合初學者的代碼示例和解釋，讓您基本掌握PyTorch中的回調(diào)和日志記錄。不要猶豫嘗試提供的代碼。記住，實踐是掌握這些主題的關鍵。
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