机器学习之模型训练

前言

模型训练一般分为四个步骤：

构建数据集。
定义神经网络模型。
定义超参、损失函数及优化器。
输入数据集进行训练与评估。

有了数据集和模型后，可以进行模型的训练与评估。

构建数据集

定义神经网络模型

复制代码

class Network(nn.Cell):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.flatten = nn.Flatten()
        self.dense_relu_sequential = nn.SequentialCell(
            nn.Dense(28*28, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Dense(512, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Dense(512, 10)
        )

    def construct(self, x):
        x = self.flatten(x)
        logits = self.dense_relu_sequential(x)
        return logits

model = Network()

从网络构建中加载代码，构建一个神经网络模型。

定义超参、损失函数和优化器

超参

超参数是可以调整的参数，可以控制深度学习模型训练优化的过程，包括训练轮次、批次大小和学习率等。这些超参数的取值会影响模型的训练和收敛速度，其中学习率在迭代过程中控制模型的学习进度。

损失函数

损失函数用于评估模型预测值和目标值之间的误差，帮助模型降低误差并提高预测准确性。常见的损失函数包括均方误差和负对数似然，用于回归和分类任务。nn.CrossEntropyLoss结合了多种损失函数的功能，对模型的预测结果进行归一化并计算误差。

优化器

模型优化是通过调整模型参数来减少模型误差的过程，MindSpore提供了多种优化算法的实现，称之为优化器。优化器内部定义了模型参数优化过程，所有优化逻辑都封装在优化器对象中。在这里，使用了SGD（随机梯度下降）优化器。

训练与评估

设置了超参、损失函数和优化器后，我们就可以循环输入数据来训练模型。一次数据集的完整迭代循环称为一轮（epoch）。每轮执行训练时包括两个步骤：训练和验证/测试。在训练阶段，模型通过迭代训练数据集来调整参数，以尝试收敛到最佳参数。而在验证/测试阶段，模型通过迭代测试数据集来评估模型的性能是否提升。这种流程的循环迭代可以帮助模型不断学习和优化，以达到更好的性能和准确度。

复制代码

# Define forward function
def forward_fn(data, label):
    logits = model(data)
    loss = loss_fn(logits, label)
    return loss, logits

# Get gradient function
grad_fn = mindspore.value_and_grad(forward_fn, None, optimizer.parameters, has_aux=True)

# Define function of one-step training
def train_step(data, label):
    (loss, _), grads = grad_fn(data, label)
    optimizer(grads)
    return loss

def train_loop(model, dataset):
    size = dataset.get_dataset_size()
    model.set_train()
    for batch, (data, label) in enumerate(dataset.create_tuple_iterator()):
        loss = train_step(data, label)

        if batch % 100 == 0:
            loss, current = loss.asnumpy(), batch
            print(f"loss: {loss:>7f}  [{current:>3d}/{size:>3d}]")

def test_loop(model, dataset, loss_fn):
    num_batches = dataset.get_dataset_size()
    model.set_train(False)
    total, test_loss, correct = 0, 0, 0
    for data, label in dataset.create_tuple_iterator():
        pred = model(data)
        total += len(data)
        test_loss += loss_fn(pred, label).asnumpy()
        correct += (pred.argmax(1) == label).asnumpy().sum()
    test_loss /= num_batches
    correct /= total
    print(f"Test: \n Accuracy: {(100*correct):>0.1f}%, Avg loss: {test_loss:>8f} \n")

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = nn.SGD(model.trainable_params(), learning_rate=learning_rate)

for t in range(epochs):
    print(f"Epoch {t+1}\n-------------------------------")
    train_loop(model, train_dataset)
    test_loop(model, test_dataset, loss_fn)
print("Done!")

总结

模型训练一般包括构建数据集、定义神经网络模型、定义超参数、损失函数和优化器，以及输入数据集进行训练和评估。