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Python训练营-Day40-训练和测试的规范写法

1.单通道图片训练

# import torch
# import torch.nn as nn
# import torch.optim as optim
# from torchvision import datasets, transforms
# from torch.utils.data import DataLoader
# import matplotlib.pyplot as plt
# import numpy as np# # 设置中文字体支持
# plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
# plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题# # 1. 数据预处理
# transform = transforms.Compose([
#     transforms.ToTensor(),  # 转换为张量并归一化到[0,1]
#     transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))  # MNIST数据集的均值和标准差
# ])# # 2. 加载MNIST数据集
# train_dataset = datasets.MNIST(
#     root='./data',
#     train=True,
#     download=True,
#     transform=transform
# )# test_dataset = datasets.MNIST(
#     root='./data',
#     train=False,
#     transform=transform
# )# # 3. 创建数据加载器
# batch_size = 64  # 每批处理64个样本
# train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
# test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)# # 4. 定义模型、损失函数和优化器
# class MLP(nn.Module):
#     def __init__(self):
#         super(MLP, self).__init__()
#         self.flatten = nn.Flatten()  # 将28x28的图像展平为784维向量
#         self.layer1 = nn.Linear(784, 128)  # 第一层:784个输入,128个神经元
#         self.relu = nn.ReLU()  # 激活函数
#         self.layer2 = nn.Linear(128, 10)  # 第二层:128个输入,10个输出(对应10个数字类别)#     def forward(self, x):
#         x = self.flatten(x)  # 展平图像
#         x = self.layer1(x)   # 第一层线性变换
#         x = self.relu(x)     # 应用ReLU激活函数
#         x = self.layer2(x)   # 第二层线性变换,输出logits
#         return x# # 检查GPU是否可用
# device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")# # 初始化模型
# model = MLP()
# model = model.to(device)  # 将模型移至GPU(如果可用)# criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 交叉熵损失函数,适用于多分类问题
# optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)  # Adam优化器# # 5. 训练模型(记录每个 iteration 的损失)
# def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs):
#     model.train()  # 设置为训练模式#     # 新增:记录每个 iteration 的损失
#     all_iter_losses = []  # 存储所有 batch 的损失
#     iter_indices = []     # 存储 iteration 序号(从1开始)#     for epoch in range(epochs):
#         running_loss = 0.0
#         correct = 0
#         total = 0#         for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
#             data, target = data.to(device), target.to(device)  # 移至GPU(如果可用)#             optimizer.zero_grad()  # 梯度清零
#             output = model(data)  # 前向传播
#             loss = criterion(output, target)  # 计算损失
#             loss.backward()  # 反向传播
#             optimizer.step()  # 更新参数#             # 记录当前 iteration 的损失(注意:这里直接使用单 batch 损失,而非累加平均)
#             iter_loss = loss.item()
#             all_iter_losses.append(iter_loss)
#             iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)  # iteration 序号从1开始#             # 统计准确率和损失(原逻辑保留,用于 epoch 级统计)
#             running_loss += iter_loss
#             _, predicted = output.max(1)
#             total += target.size(0)
#             correct += predicted.eq(target).sum().item()#             # 每100个批次打印一次训练信息(可选:同时打印单 batch 损失)
#             if (batch_idx + 1) % 100 == 0:
#                 print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} '
#                       f'| 单Batch损失: {iter_loss:.4f} | 累计平均损失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')#         # 原 epoch 级逻辑(测试、打印 epoch 结果)不变
#         epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)
#         epoch_train_acc = 100. * correct / total
#         epoch_test_loss, epoch_test_acc = test(model, test_loader, criterion, device)#         print(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 训练准确率: {epoch_train_acc:.2f}% | 测试准确率: {epoch_test_acc:.2f}%')#     # 绘制所有 iteration 的损失曲线
#     plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)
#     # 保留原 epoch 级曲线(可选)
#     # plot_metrics(train_losses, test_losses, train_accuracies, test_accuracies, epochs)#     return epoch_test_acc  # 返回最终测试准确率# # 6. 测试模型
# def test(model, test_loader, criterion, device):
#     model.eval()  # 设置为评估模式
#     test_loss = 0
#     correct = 0
#     total = 0#     with torch.no_grad():  # 不计算梯度,节省内存和计算资源
#         for data, target in test_loader:
#             data, target = data.to(device), target.to(device)
#             output = model(data)
#             test_loss += criterion(output, target).item()#             _, predicted = output.max(1)
#             total += target.size(0)
#             correct += predicted.eq(target).sum().item()#     avg_loss = test_loss / len(test_loader)
#     accuracy = 100. * correct / total
#     return avg_loss, accuracy  # 返回损失和准确率# # 7.绘制每个 iteration 的损失曲线
# def plot_iter_losses(losses, indices):
#     plt.figure(figsize=(10, 4))
#     plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')
#     plt.xlabel('Iteration(Batch序号)')
#     plt.ylabel('损失值')
#     plt.title('每个 Iteration 的训练损失')
#     plt.legend()
#     plt.grid(True)
#     plt.tight_layout()
#     plt.show()# # 8. 执行训练和测试(设置 epochs=2 验证效果)
# epochs = 2  
# print("开始训练模型...")
# final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs)
# print(f"训练完成!最终测试准确率: {final_accuracy:.2f}%")

2.彩色图片训练

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
from torch.utils.data import DataLoader
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 设置中文字体支持
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题# 1. 数据预处理
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),                # 转换为张量transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))  # 标准化处理
])# 2. 加载CIFAR-10数据集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=True,download=True,transform=transform
)test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=False,transform=transform
)# 3. 创建数据加载器
batch_size = 64
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)# 4. 定义MLP模型(适应CIFAR-10的输入尺寸)
class MLP(nn.Module):def __init__(self):super(MLP, self).__init__()self.flatten = nn.Flatten()  # 将3x32x32的图像展平为3072维向量self.layer1 = nn.Linear(3072, 512)  # 第一层:3072个输入,512个神经元self.relu1 = nn.ReLU()self.dropout1 = nn.Dropout(0.2)  # 添加Dropout防止过拟合self.layer2 = nn.Linear(512, 256)  # 第二层:512个输入,256个神经元self.relu2 = nn.ReLU()self.dropout2 = nn.Dropout(0.2)self.layer3 = nn.Linear(256, 10)  # 输出层:10个类别def forward(self, x):# 第一步:将输入图像展平为一维向量x = self.flatten(x)  # 输入尺寸: [batch_size, 3, 32, 32] → [batch_size, 3072]# 第一层全连接 + 激活 + Dropoutx = self.layer1(x)   # 线性变换: [batch_size, 3072] → [batch_size, 512]x = self.relu1(x)    # 应用ReLU激活函数x = self.dropout1(x) # 训练时随机丢弃部分神经元输出# 第二层全连接 + 激活 + Dropoutx = self.layer2(x)   # 线性变换: [batch_size, 512] → [batch_size, 256]x = self.relu2(x)    # 应用ReLU激活函数x = self.dropout2(x) # 训练时随机丢弃部分神经元输出# 第三层(输出层)全连接x = self.layer3(x)   # 线性变换: [batch_size, 256] → [batch_size, 10]return x  # 返回未经过Softmax的logits# 检查GPU是否可用
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")# 初始化模型
model = MLP()
model = model.to(device)  # 将模型移至GPU(如果可用)criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 交叉熵损失函数
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)  # Adam优化器# 5. 训练模型(记录每个 iteration 的损失)
def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs):model.train()  # 设置为训练模式# 记录每个 iteration 的损失all_iter_losses = []  # 存储所有 batch 的损失iter_indices = []     # 存储 iteration 序号for epoch in range(epochs):running_loss = 0.0correct = 0total = 0for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):data, target = data.to(device), target.to(device)  # 移至GPUoptimizer.zero_grad()  # 梯度清零output = model(data)  # 前向传播loss = criterion(output, target)  # 计算损失loss.backward()  # 反向传播optimizer.step()  # 更新参数# 记录当前 iteration 的损失iter_loss = loss.item()all_iter_losses.append(iter_loss)iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)# 统计准确率和损失running_loss += iter_loss_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()# 每100个批次打印一次训练信息if (batch_idx + 1) % 100 == 0:print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} 'f'| 单Batch损失: {iter_loss:.4f} | 累计平均损失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')# 计算当前epoch的平均训练损失和准确率epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)epoch_train_acc = 100. * correct / total# 测试阶段model.eval()  # 设置为评估模式test_loss = 0correct_test = 0total_test = 0with torch.no_grad():for data, target in test_loader:data, target = data.to(device), target.to(device)output = model(data)test_loss += criterion(output, target).item()_, predicted = output.max(1)total_test += target.size(0)correct_test += predicted.eq(target).sum().item()epoch_test_loss = test_loss / len(test_loader)epoch_test_acc = 100. * correct_test / total_testprint(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 训练准确率: {epoch_train_acc:.2f}% | 测试准确率: {epoch_test_acc:.2f}%')# 绘制所有 iteration 的损失曲线plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)return epoch_test_acc  # 返回最终测试准确率# 6. 绘制每个 iteration 的损失曲线
def plot_iter_losses(losses, indices):plt.figure(figsize=(10, 4))plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')plt.xlabel('Iteration(Batch序号)')plt.ylabel('损失值')plt.title('每个 Iteration 的训练损失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 7. 执行训练和测试
epochs = 20  # 增加训练轮次以获得更好效果
print("开始训练模型...")
final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs)
print(f"训练完成!最终测试准确率: {final_accuracy:.2f}%")# # 保存模型
# torch.save(model.state_dict(), 'cifar10_mlp_model.pth')
# # print("模型已保存为: cifar10_mlp_model.pth")

@浙大疏锦行

http://www.xdnf.cn/news/14610.html

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