Pytorch1 PyTorch 官方 QuickStart 超详细笔记|

适合:刚入门 PyTorch、想快速跑通完整机器学习 pipeline 的同学

全文结构:数据准备 → 构建模型 → 训练优化 → 模型评估 → 保存加载 → 单张预测


一、前言

这篇笔记把 PyTorch 官方最快入门案例完整拆解,一行代码一个知识点,帮你快速掌握:

  • 数据集怎么加载
  • 模型怎么定义
  • 训练循环怎么写
  • 模型怎么保存与推理

任务:FashionMNIST 服饰图片分类(10 分类)


二、环境与依赖

python 复制代码
import torch
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets
from torchvision.transforms import ToTensor

三、数据准备(Dataset + DataLoader)

1. 下载数据集

python 复制代码
# 训练集
training_data = datasets.FashionMNIST(
    root="data",
    train=True,
    download=True,
    transform=ToTensor(),
)

# 测试集
test_data = datasets.FashionMNIST(
    root="data",
    train=False,
    download=True,
    transform=ToTensor(),
)

2. 构建 DataLoader

python 复制代码
batch_size = 64

train_dataloader = DataLoader(training_data, batch_size=batch_size)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=batch_size)

# 查看数据形状
for X, y in test_dataloader:
    print(f"Shape of X [N, C, H, W]: {X.shape}")
    print(f"Shape of y: {y.shape} {y.dtype}")
    break

输出:

复制代码
Shape of X [N, C, H, W]: torch.Size([64, 1, 28, 28])
Shape of y: torch.Size([64]) torch.int64

四、构建模型(继承 nn.Module)

1. 选择设备

python 复制代码
device = torch.accelerator.current_accelerator().type if torch.accelerator.is_available() else "cpu"
print(f"Using {device} device")

2. 定义网络结构

python 复制代码
class NeuralNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.flatten = nn.Flatten()
        self.linear_relu_stack = nn.Sequential(
            nn.Linear(28*28, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(512, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(512, 10)
        )

    def forward(self, x):
        x = self.flatten(x)
        logits = self.linear_relu_stack(x)
        return logits

model = NeuralNetwork().to(device)
print(model)

五、训练相关配置(损失函数 + 优化器)

python 复制代码
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=1e-3)

六、训练函数 & 测试函数

1. 训练函数

python 复制代码
def train(dataloader, model, loss_fn, optimizer):
    size = len(dataloader.dataset)
    model.train()
    for batch, (X, y) in enumerate(dataloader):
        X, y = X.to(device), y.to(device)

        # 前向传播
        pred = model(X)
        loss = loss_fn(pred, y)

        # 反向传播 + 更新
        loss.backward()
        optimizer.step()
        optimizer.zero_grad()

        if batch % 100 == 0:
            loss, current = loss.item(), (batch + 1) * len(X)
            print(f"loss: {loss:>7f}  [{current:>5d}/{size:>5d}]")

2. 测试函数

python 复制代码
def test(dataloader, model, loss_fn):
    size = len(dataloader.dataset)
    num_batches = len(dataloader)
    model.eval()
    test_loss, correct = 0, 0
    with torch.no_grad():
        for X, y in dataloader:
            X, y = X.to(device), y.to(device)
            pred = model(X)
            test_loss += loss_fn(pred, y).item()
            correct += (pred.argmax(1) == y).type(torch.float).sum().item()
    test_loss /= num_batches
    correct /= size
    print(f"Test Error:")
    print(f" Accuracy: {(100*correct):>0.1f}%, Avg loss: {test_loss:>8f} \n")

七、开始训练

python 复制代码
epochs = 5
for t in range(epochs):
    print(f"Epoch {t+1}\n-------------------------------")
    train(train_dataloader, model, loss_fn, optimizer)
    test(test_dataloader, model, loss_fn)
print("Done!")

八、模型保存与加载

1. 保存模型

python 复制代码
torch.save(model.state_dict(), "model.pth")
print("Saved PyTorch Model State to model.pth")

2. 加载模型

python 复制代码
model = NeuralNetwork().to(device)
model.load_state_dict(torch.load("model.pth", weights_only=True))

九、单张图片推理

python 复制代码
classes = [
    "T-shirt/top",
    "Trouser",
    "Pullover",
    "Dress",
    "Coat",
    "Sandal",
    "Shirt",
    "Sneaker",
    "Bag",
    "Ankle boot",
]

model.eval()
x, y = test_data[0][0], test_data[0][1]
with torch.no_grad():
    x = x.to(device)
    pred = model(x)
    predicted, actual = classes[pred[0].argmax(0)], classes[y]
    print(f'Predicted: "{predicted}", Actual: "{actual}"')

十、整体流程总结(必背)

  1. Dataset + DataLoader 搞定数据
  2. class 继承 nn.Module 定义模型
  3. loss_fn + optimizer 配置训练
  4. train 函数:前向 → loss → 反向 → 更新 → 清零
  5. test 函数:eval() + no_grad()
  6. save/load 完成模型持久化
  7. eval() + no_grad() 做推理

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