【调参之损失函数】train loss 和 test loss 一直不下降

本文详细解析了神经网络训练过程中的五种异常情况,包括过拟合、数据集问题、学习瓶颈、网络结构不当等,为深度学习研究者提供实用的诊断依据。
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TensorFlow 是由Google Brain 团队开发的开源机器学习框架,广泛应用于深度学习研究和生产环境。 它提供了一个灵活的平台,用于构建和训练各种机器学习模型

神经网络训练小技巧
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正常情况:
train loss 不断下降,test loss不断下降,说明网络仍在学习;

异常情况:
train loss 不断下降,test loss趋于不变,说明网络过拟合;
train loss 趋于不变,test loss不断下降,说明数据集100%有问题;
train loss 趋于不变,test loss趋于不变,说明学习遇到瓶颈,需要减小学习率或批量数目;
train loss 不断上升,test loss不断上升,说明网络结构设计不当,训练超参数设置不当,数据集经过清洗等问题。

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TensorFlow 是由Google Brain 团队开发的开源机器学习框架,广泛应用于深度学习研究和生产环境。 它提供了一个灵活的平台,用于构建和训练各种机器学习模型

<think>好的,我现在需要帮用户解决如何修改一个训练函数,使其返回损失值、训练准确率测试准确率的问题。首先,我得先理解用户的需求。用户可能正在编写一个机器学习或深度学习的训练循环,希望函数在训练完成后返回这三个指标,方便后续分析或记录。 首先,我应该考虑现有的训练函数的结构。通常,训练函数会包含多个epoch的循环,每个epoch中遍历训练数据集,进行前向传播、计算损失、反向传播参数更新。可能还会在训练过程中计算训练准确率,以及定期在测试集上评估模型,得到测试准确率。 用户希望返回的是整个训练过程中的Losstrain_acctest_acc。这里需要注意,Loss可能是指每个epoch的平均损失,而train_acctest_acc可能也是每个epoch结束后的准确率。或者,用户可能希望得到最后一次epoch的结果,或者整个训练过程中的所有记录。过根据通常的实践,返回每个epoch的指标会更常见,但用户的问题中没有明确说明。但根据返回值是三个单独的变量,可能是指最终的结果,而是所有epoch的历史记录。需要进一步确认,但假设用户希望返回最终的这三个值。 接下来,我需要考虑如何修改现有的train函数。假设原来的函数可能没有返回这些值,或者只返回了部分。修改的关键步骤可能包括: 1. 在训练过程中计算损失准确率。 2. 在测试阶段计算测试准确率。 3. 将这些值收集起来,并在函数结束时返回。 首先,在训练循环中,每个batch的损失需要被累加,然后在epoch结束时计算平均损失。同时,在训练数据上,模型输出的预测结果需要与真实标签比较,计算正确预测的数量,从而得到训练准确率。同样,在每个epoch结束后,可能需要在测试集上运行模型,计算测试准确率。 现在需要考虑代码的结构。例如,在PyTorch中,训练循环通常如下: for epoch in range(num_epochs): model.train() running_loss = 0.0 correct_train = 0 total_train = 0 for inputs, labels in train_loader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) total_train += labels.size(0) correct_train += predicted.eq(labels).sum().item() train_loss = running_loss / len(train_loader) train_acc = 100. * correct_train / total_train # 测试阶段 model.eval() correct_test = 0 total_test = 0 with torch.no_grad(): for inputs, labels in test_loader: outputs = model(inputs) _, predicted = outputs.max(1) total_test += labels.size(0) correct_test += predicted.eq(labels).sum().item() test_acc = 100. * correct_test / total_test # 可能记录每个epoch的结果,或者只保留最后一个 如果用户希望返回最后一个epoch的结果,那么需要将最终的train_loss, train_acc, test_acc保存下来,并在函数结束时返回。或者,如果用户希望返回所有epoch的历史记录,那么需要将这些值保存在列表中,最后返回这些列表。 但根据用户的问题中的“返回值为Losstrain_acctest_acc”,可能指的是最后一次的结果。所以需要确保在函数结束时,这三个变量保存的是最终的值。 此外,原来的train函数可能没有计算测试准确率,或者没有返回这些值。所以修改的步骤可能包括: 1. 在训练循环中添加计算训练损失准确率的代码。 2. 添加测试循环,计算测试准确率。 3. 将这些值存储在变量中,最后返回。 可能的代码修改示例: def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, num_epochs): total_loss = 0.0 train_acc = 0.0 test_acc = 0.0 for epoch in range(num_epochs): model.train() running_loss = 0.0 correct_train = 0 total_train = 0 for inputs, labels in train_loader: # 训练步骤... # 计算loss,反向传播等 running_loss += loss.item() * inputs.size(0) _, predicted = torch.max(outputs, 1) correct_train += (predicted == labels).sum().item() total_train += labels.size(0) epoch_loss = running_loss / total_train epoch_train_acc = correct_train / total_train # 测试阶段 model.eval() correct_test = 0 total_test = 0 with torch.no_grad(): for inputs, labels in test_loader: outputs = model(inputs) _, predicted = torch.max(outputs, 1) correct_test += (predicted == labels).sum().item() total_test += labels.size(0) epoch_test_acc = correct_test / total_test # 更新最终结果,如果是返回最后一个epoch的话 total_loss = epoch_loss train_acc = epoch_train_acc test_acc = epoch_test_acc return total_loss, train_acc, test_acc 过,这里有一个问题,通常训练过程中可能会有多个epoch,每个epoch结束后都会计算一次测试准确率。而如果用户希望返回所有epoch的结果,可能需要收集每个epoch的数值。例如,返回三个列表:losses, train_accs, test_accs。但根据用户的问题描述,返回值是Losstrain_acctest_acc,可能指的是最后的结果,所以可能只需要返回最后一次epoch的这三个值。 另外,需要确保在函数中确实计算了测试准确率。原来的train函数可能没有包含测试步骤,所以可能需要添加这一部分。 另一个需要注意的点是,是否在训练过程中每个epoch都计算测试准确率,还是只在训练结束后计算一次。通常,为了监控模型的泛化性能,会在每个epoch结束后计算测试准确率。因此,在修改后的函数中,测试集评估应该放在每个epoch的循环内,而是整个训练结束后。这样,返回的test_acc将是最后一次epoch的测试准确率。 此外,关于损失值的计算,是否要返回整个训练过程中的平均损失,或者每个epoch的平均损失。如果函数运行多个epoch,通常每个epoch都有一个平均损失,所以可能需要返回所有epoch的平均损失的列表。但用户的问题中返回值是Loss,可能指的是最终的损失,或者所有epoch的平均。这里可能需要进一步澄清,但根据常见的做法,可能返回最后一个epoch的损失。或者,如果整个训练过程中只计算一次,比如总的平均损失,但通常每个epoch都会有平均损失,所以如果用户需要的是最终的损失值,那么应该返回最后一个epoch的损失。 总结步骤: 1. 在训练循环中,每个batch计算loss,并累计,每个epoch结束后计算平均loss。 2. 同时计算训练集的准确率,每个epoch结束后计算。 3. 每个epoch结束后,在测试集上评估模型,计算测试准确率。 4. 将这些值记录下来,最后返回它们。 可能的代码调整包括: - 在函数内部添加变量来存储这些指标。 - 确保测试集评估的代码被正确添加。 - 返回值改为包含这三个指标的元组或列表。 可能的陷阱: - 如果没有在每个epoch结束后重置correct_traintotal_train,会导致累积多个epoch的数据,从而准确率计算错误。 - 测试集的评估应该在梯度计算的情况下进行,使用torch.no_grad()。 - 确保模型在训练评估模式之间切换(model.train()model.eval())。 如果用户使用的是其他框架,比如TensorFlow,代码结构会有所同,但整体思路相似:在训练过程中收集损失准确率,并在测试时计算测试准确率。 最后,需要检查返回值的格式是否正确,例如,损失是否是标量值,准确率是否是百分比或0到1之间的数值,根据用户的具体实现而定。 因此,修改后的train函数的结构大致如上所述,将每个epoch的损失、训练准确率测试准确率计算出来,并最终返回最后一次的结果,或者收集所有epoch的结果返回。根据用户的问题描述,可能只需要返回最后一次的结果,所以函数将返回三个对应的值。</think>要修改训练函数使其返回损失(Loss)、训练准确率(train_acc)测试准确率(test_acc),可以按照以下步骤进行: --- ### **1. 定义变量记录指标** 在训练循环中,初始化变量以记录每个epoch的损失、训练测试准确率: ```python def train(model, train_loader, test_loader, optimizer, criterion, epochs): total_loss = 0.0 train_acc = 0.0 test_acc = 0.0 for epoch in range(epochs): # 训练步骤 model.train() running_loss = 0.0 correct_train = 0 total_samples = 0 for inputs, labels in train_loader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() # 记录损失准确率 running_loss += loss.item() _, predicted = outputs.max(1) correct_train += predicted.eq(labels).sum().item() total_samples += labels.size(0) # 计算单个epoch的指标 epoch_loss = running_loss / len(train_loader) # 平均损失 epoch_train_acc = 100.0 * correct_train / total_samples # 训练准确率(百分比) # 测试步骤 epoch_test_acc = evaluate(model, test_loader) # 调用测试函数 # 更新最终返回值(假设返回最后一个epoch的结果) total_loss = epoch_loss train_acc = epoch_train_acc test_acc = epoch_test_acc return total_loss, train_acc, test_acc ``` --- ### **2. 实现测试准确率计算函数** 添加一个辅助函数 `evaluate()`,用于计算模型在测试集上的准确率: ```python def evaluate(model, test_loader): model.eval() correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for inputs, labels in test_loader: outputs = model(inputs) _, predicted = outputs.max(1) correct += predicted.eq(labels).sum().item() total += labels.size(0) return 100.0 * correct / total # 返回百分比格式的准确率 ``` --- ### **3. 返回值说明** - **Loss**: 最后一个epoch的平均训练损失(标量值)。 - **train_acc**: 最后一个epoch的训练集准确率(百分比形式,如 `85.3`)。 - **test_acc**: 最后一个epoch的测试集准确率(百分比形式)。 --- ### **4. 使用示例** 调用修改后的训练函数并获取返回值: ```python loss, train_accuracy, test_accuracy = train( model=model, train_loader=train_loader, test_loader=test_loader, optimizer=optimizer, criterion=criterion, epochs=10 ) print(f"最终训练损失: {loss:.4f}") print(f"训练准确率: {train_accuracy:.2f}%") print(f"测试准确率: {test_accuracy:.2f}%") ``` --- ### **注意事项** 1. **梯度管理**:在测试时使用 `torch.no_grad()` 禁用梯度计算以节省内存。 2. **模型模式切换**:训练时用 `model.train()`,测试时用 `model.eval()`。 3. **批量处理**:准确率需根据样本总数归一化(`total_samples`)。 4. **多epoch返回值**:若需返回所有epoch的历史记录,可将结果存储在列表中(例如 `losses = []`)。 按此修改后,函数将直接返回训练过程中的关键指标,便于后续分析调优。
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