【大数据处理内存不足终极指南】:揭秘9大优化策略与实战解决方案

第一章:大数据处理内存不足的现状与挑战

在当前数据驱动的时代,企业与科研机构面临海量数据的实时处理需求。随着数据规模从TB级向PB级跃迁,传统单机内存计算模型频繁遭遇“内存溢出(Out of Memory, OOM)”问题,严重制约了数据分析效率与系统稳定性。

内存瓶颈的典型表现

  • Spark或Pandas等工具在加载大规模数据集时抛出OOM异常
  • JVM堆内存耗尽导致任务崩溃,重启频繁
  • 系统开始频繁使用虚拟内存(Swap),导致I/O延迟飙升

常见应对策略及其局限性

策略实施方式局限性
增加物理内存升级服务器RAM成本高,存在硬件上限
数据分片处理按批次读取文件开发复杂度上升,易出错
使用磁盘缓存启用外部存储如HDFS性能下降明显

代码层面的优化示例

以下Python代码展示如何通过迭代读取CSV文件避免内存溢出:
# 使用pandas分块读取大文件
import pandas as pd

chunk_size = 10000  # 每次读取1万行
file_path = 'large_dataset.csv'

for chunk in pd.read_csv(file_path, chunksize=chunk_size):
    # 对每一块数据进行处理
    processed = chunk.dropna().groupby('category').sum()
    print(processed.head())
    # 可将结果写入数据库或文件,避免累积内存
该方法通过chunksize参数控制内存占用,确保程序不会因一次性加载全部数据而崩溃。
graph LR A[原始大数据集] --> B{是否大于内存容量?} B -- 是 --> C[分块读取处理] B -- 否 --> D[直接加载分析] C --> E[逐块处理并释放内存] D --> F[完成分析] E --> F

第二章:内存管理核心机制解析

2.1 JVM内存模型与垃圾回收机制详解

JVM内存模型是Java程序运行的基础,它将内存划分为多个区域,包括堆、栈、方法区、本地方法栈和程序计数器。其中,堆是对象分配和垃圾回收的主要场所。
内存区域划分
  • 堆(Heap):所有线程共享,存放对象实例;
  • 虚拟机栈(VM Stack):每个线程私有,存储局部变量和方法调用;
  • 方法区(Method Area):存储类信息、常量、静态变量等。
垃圾回收机制
JVM通过可达性分析算法判断对象是否可回收。常见GC算法包括标记-清除、复制、标记-整理。

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            new Object(); // 持续创建对象,触发GC
        }
    }
}
上述代码会频繁创建无引用对象,促使JVM启动Minor GC。当对象年龄达到阈值,将进入老年代,可能触发Full GC,影响系统性能。
GC类型触发区域典型算法
Minor GC新生代复制算法
Full GC整个堆标记-整理

2.2 Spark执行内存与存储内存分配策略

Spark在统一内存管理模型中将堆内内存划分为执行内存(Execution Memory)和存储内存(Storage Memory),二者共享同一内存池,通过动态调节机制实现资源高效利用。
内存区域划分
执行内存用于支持任务计算,如shuffle、join、排序等操作;存储内存则用于缓存RDD数据或广播变量。默认情况下,Spark将60%的内存用于存储,20%用于执行,剩余为用户内存和保留内存。
动态内存调节机制
当存储内存不足时,可借用执行内存;反之亦然。该行为由 spark.memory.fraction 和 spark.memory.storageFraction 参数控制。
// 示例:配置内存分配比例
spark.conf.set("spark.memory.fraction", 0.8)        // 启用内存占比
spark.conf.set("spark.memory.storageFraction", 0.5) // 存储内存占可用内存的50%
上述配置表示JVM堆内存的80%参与统一管理,其中一半(即总堆的40%)优先分配给存储内存,其余可动态共享。该机制提升了内存利用率,避免因静态划分导致的资源浪费。

2.3 Flink流式处理中的状态后端与内存优化

在Flink流式计算中,状态后端(State Backend)决定了状态数据的存储位置与访问方式。常见的状态后端包括MemoryStateBackend、FsStateBackend和RocksDBStateBackend。
状态后端类型对比
  • MemoryStateBackend:状态存储在JVM堆内存中,适合小规模状态和本地调试。
  • FsStateBackend:状态快照持久化到远程文件系统(如HDFS),适用于中等状态规模。
  • RocksDBStateBackend:将状态存储在本地磁盘,并通过异步快照机制保证容错,支持超大规模状态。
配置RocksDB状态后端示例
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setStateBackend(new RocksDBStateBackend("hdfs://namenode:8020/flink/checkpoints"));
上述代码将状态后端设置为RocksDB,并指定检查点存储路径。RocksDB利用本地磁盘减少内存压力,同时通过增量检查点机制降低网络开销。
内存调优建议
合理分配任务堆内存、网络缓冲区及托管内存(managed memory),可显著提升性能。例如,启用堆外内存以减少GC停顿:
参数说明
taskmanager.memory.managed.fraction控制托管内存占比,默认0.4
state.backend.rocksdb.memory.managed启用RocksDB内存管理,避免堆外内存溢出

2.4 堆外内存使用场景与风险控制实践

在高性能网络编程与大数据处理中,堆外内存(Off-Heap Memory)被广泛用于减少GC压力、提升I/O效率。典型应用场景包括Netty的Direct Buffer通信、Redis等缓存系统的原生内存管理。
常见使用场景
  • 高频网络数据传输:避免频繁对象创建与GC停顿
  • 大容量缓存存储:绕过JVM堆限制,利用系统级内存
  • 跨进程共享内存:通过Memory-Mapped File实现零拷贝
风险控制策略

ByteBuffer directBuf = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024);
// 显式管理:及时释放,避免内存泄漏
// 可结合虚引用(PhantomReference)+ 清理线程监控回收
上述代码申请1MB堆外内存,需注意JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize限制。未合理监控易导致OOM崩溃。
监控与调优建议
指标监控方式
直接内存使用量JMX: java.nio:type=BufferPool
分配速率Arthas trace或自定义探针

2.5 内存溢出典型错误分析与诊断工具应用

常见内存溢出场景
Java应用中最典型的内存溢出是java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space,通常由集合类无限制增长或大对象未及时释放引起。另一个常见情况是永久代/元空间溢出,多因动态生成类(如CGLIB代理)导致。
诊断工具实战
使用jmap与jhat组合可定位问题根源:

# 生成堆转储快照
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>

# 启动内置分析服务
jhat heap.hprof
执行后访问http://localhost:7000可查看对象分布。重点关注dominator tree中占用内存最大的实例路径。
关键指标对比表
工具用途实时性
jstat监控GC频率与堆使用高
VisualVM可视化分析堆转储中

第三章:数据处理框架调优实战

3.1 Spark中RDD分区与并行度优化技巧

在Spark应用中,合理设置RDD分区数和并行度是提升执行效率的关键。默认情况下,Spark根据HDFS块大小或集群核数自动划分分区,但实际场景中需手动调优以避免数据倾斜或资源浪费。
分区数与并行度的关系
并行度由分区数量决定,通常建议每个分区处理128MB左右的数据。可通过以下方式显式设置:
val rdd = sc.textFile("hdfs://path/to/data", 100)
val repartitionedRdd = rdd.repartition(50)
上述代码在读取文件时指定初始分区数为100,并通过repartition调整为50个分区。repartition会触发shuffle,适用于扩大或缩小分区;若仅减少分区,推荐使用coalesce避免全量数据重分布。
优化策略对比
策略适用场景是否Shuffle
repartition分区不均、需重新平衡是
coalesce减少分区数否(可选)

3.2 Flink背压机制应对与算子链调优

背压的成因与识别
Flink中背压(Backpressure)通常由下游算子处理能力不足引起,导致上游数据积压。可通过Web UI中的“Backpressure”指标监控,若显示为“HIGH”,则表明存在严重阻塞。
算子链拆分优化
通过禁用或调整算子链,可减少单线程负担。使用 disableChaining() 或 startNewChain() 控制链结构:
env.addSource(new MySource())
    .map(new HeavyMapFunction()).disableChaining()
    .keyBy(keySelector)
    .reduce(new SumReducer());
上述代码将Map算子从默认算子链中断开,避免其阻塞后续轻量操作。
缓冲区与网络调优建议
合理配置网络缓冲区(taskmanager.network.memory.fraction)和缓冲池大小,可提升数据流动效率。结合异步快照与背压感知调度,增强系统稳定性。

3.3 Hive on Tez内存参数配置最佳实践

在Hive on Tez执行引擎中,合理配置内存参数对性能至关重要。Tez将任务划分为多个顶点(Vertex),每个顶点运行在容器(Container)中,因此需精细控制容器内存与JVM堆内存。
关键内存参数说明
  • tez.task.resource.memory.mb:单个任务容器分配的物理内存总量。
  • tez.am.resource.memory.mb:Tez ApplicationMaster占用内存。
  • hive.tez.container.size:设置Tez容器大小,通常与YARN最小容器一致。
  • hive.tez.java.opts:JVM堆内存参数,建议设为容器大小的80%左右。
推荐配置示例

<property>
  <name>hive.tez.container.size</name>
  <value>4096</value>
</property>
<property>
  <name>hive.tez.java.opts</name>
  <value>-Xmx3276m -XX:+UseG1GC</value>
</property>
上述配置分配4GB容器内存,JVM堆最大为3.2GB,保留系统开销,并启用G1垃圾回收器以降低停顿时间。

第四章:高效数据结构与资源调度策略

4.1 列式存储格式选择与压缩算法对比(Parquet/ORC)

在大数据分析场景中,列式存储显著提升查询性能与压缩效率。Parquet 和 ORC 是两种主流的列式文件格式,均支持嵌套数据结构和高效编码。
核心特性对比
  • Parquet:由 Apache 开发,广泛集成于 Spark、Presto 等生态,采用 Dremel 模型,支持多种压缩算法(如 SNAPPY、GZIP);
  • ORC:源自 Hive,专为 Hive 优化,内置轻量级索引和布隆过滤器,读取时可跳过无关数据块。
压缩性能参考
格式压缩算法压缩比读取速度
ParquetSNAPPY~3:1高
ORCZLIB~5:1中
Spark 写入 Parquet 示例

df.write
  .mode("overwrite")
  .option("compression", "snappy") 
  .parquet("s3a://bucket/data.parquet")
该代码将 DataFrame 以 Snappy 压缩写入 Parquet 文件。Snappy 在压缩比与 CPU 开销间提供良好平衡,适合高频查询场景。

4.2 广播变量与累加器在大表关联中的应用

在大规模数据处理中,大表与小表的关联常因Shuffle开销过大导致性能下降。广播变量(Broadcast Variable)可将小表数据分发到各Executor缓存,避免重复传输。
广播变量的使用示例
val smallDF = spark.sparkContext.broadcast(smallData.collect().toMap)
val result = largeRDD.map(row => {
  val lookupKey = row.getKey
  if (smallDF.value.contains(lookupKey)) {
    // 关联成功,合并数据
    Some((row, smallDF.value(lookupKey)))
  } else {
    None
  }
})
上述代码通过 spark.sparkContext.broadcast 将小表数据广播至所有节点,Map 结构支持O(1)查找,显著提升关联效率。
累加器用于统计关联命中数
  • 累加器(Accumulator)实现跨节点计数聚合
  • 仅支持加法操作,确保线程安全
  • 适用于监控、调试和数据质量校验

4.3 YARN容器内存分配与队列资源隔离方案

YARN通过动态内存管理机制实现容器资源的精确控制。每个容器的内存由yarn.nodemanager.resource.memory-mb统一配置,确保节点总内存不超限。
内存分配核心参数
  • yarn.scheduler.minimum-allocation-mb:单个容器最小内存
  • yarn.scheduler.maximum-allocation-mb:最大可申请内存
  • yarn.app.mapreduce.am.resource.mb:MapReduce应用管理器内存
队列资源隔离配置示例
<property>
  <name>yarn.scheduler.capacity.root.default.capacity</name>
  <value>60</value>
</property>
<property>
  <name>yarn.scheduler.capacity.root.production.capacity</name>
  <value>40</value>
</property>
上述配置将集群资源划分为default和production两个队列,分别分配60%和40%的内存配额,实现多租户间的资源硬隔离。
队列名称容量(%)最大容量(%)
default6075
production40100

4.4 数据倾斜检测与动态负载均衡技术

在分布式计算中,数据倾斜常导致部分节点负载过高,影响整体性能。通过实时监控各节点的数据处理量和响应延迟,可有效识别倾斜现象。
倾斜检测指标
关键监控指标包括:
  • 分区数据量差异(标准差 > 平均值的50%)
  • 任务执行时间偏移(最长任务耗时 > 平均2倍)
  • 内存使用不均衡度
动态负载调整策略
# 动态重分配伪代码
def rebalance_partitions(partitions, threshold=1.5):
    avg_load = sum(p.load for p in partitions) / len(partitions)
    for p in partitions:
        if p.load > avg_load * threshold:
            split_partition(p)  # 拆分高负载分区
该逻辑在检测到负载超过阈值时触发分区拆分,并将新分区迁移至空闲节点,实现动态均衡。
策略适用场景调整周期
静态预分区数据分布已知初始化时
运行时拆分动态数据倾斜每30秒检测一次

第五章:未来趋势与架构演进方向

服务网格的深度集成
现代微服务架构正逐步将通信层从应用逻辑中剥离,服务网格(如 Istio、Linkerd)通过 sidecar 代理实现流量控制、安全策略和可观测性。例如,在 Kubernetes 中注入 Envoy 代理后,可通过以下配置实现细粒度的流量镜像:
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: user-service-mirror
spec:
  hosts:
    - user-service
  http:
    - route:
        - destination:
            host: user-service
          weight: 90
      mirror:
        host: user-service
        subset: canary
      mirrorPercentage:
        value: 10
边缘计算驱动的架构下沉
随着 IoT 与低延迟需求增长,计算节点正向网络边缘迁移。KubeEdge 和 OpenYurt 支持将 Kubernetes 能力延伸至边缘设备。典型部署模式包括:
  • 在边缘节点运行轻量级 runtime,减少资源占用
  • 通过 CRD 管理边缘设备状态同步
  • 利用本地自治能力应对网络分区场景
Serverless 与持久化状态的融合挑战
尽管 FaaS 模型擅长无状态任务,但实际业务常需状态管理。阿里云函数计算结合 Table Store 实现会话存储,AWS Lambda 则通过 EFS 挂载共享文件系统。如下示例展示 Lambda 函数挂载 EFS 的 Terraform 配置:
resource "aws_lambda_function" "processor" {
  filename      = "function.zip"
  function_name = "data-processor"
  role          = aws_iam_role.lambda_role.arn
  handler       = "index.handler"
  runtime       = "nodejs18.x"

  filesystem_config {
    arn              = aws_efs_access_point.app_access_point.arn
    local_mount_path = "/mnt/efs"
  }
}
AI 驱动的智能运维体系
AIOps 正在重构系统监控与故障响应机制。通过分析 Prometheus 时序数据,LSTM 模型可预测服务容量瓶颈。某金融客户采用异常检测模型,将告警准确率提升至 92%,误报率下降 67%。关键指标对比见下表:
指标传统阈值告警AI 预测模型
告警准确率58%92%
平均响应时间45分钟12分钟
第186篇 前馈控制——提升跟踪精度的补充手段 文章摘要: 本文介绍了前馈控制的原理及其在工程中的应用。与反馈控制不同,前馈控制通过提前预测目标值或扰动信息来生成控制量,避免误差出现后再纠正的延迟问题,适用于机器人、机械臂等高速运动场景。前馈控制通常与PID反馈配合使用,前者提供粗调,后者进行微调。文章详细讲解了前馈增益的调节方法(模型法、实验法、自适应法)及两种前馈类型(指令前馈和扰动前馈),并提供了代码示例和面试实战建议,强调前馈与反馈的协同设计是提升控制精度的关键。最后预告了下一篇将讨论串级PID控制架构。 阅读详情

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深度学习工具包Deprecation notice.-----This toolbox is outdated and no longer maintained.There are much better tools available for deep learning than this toolbox, e.g. [Theano](http://deeplearning.net/software/theano/), [torch](http://torch.ch/) or [tensorflow](http://www.tensorflow.org/)I would suggest you use one of the tools mentioned above rather than use this toolbox.Best, Rasmus.DeepLearnToolbox================A Matlab toolbox for Deep Learning.Deep Learning is a new subfield of machine learning that focuses on learning deep hierarchical models of data.It is inspired by the human brain&#39;s apparent deep (layered, hierarchical) architecture.A good overview of the theory of Deep Learning theory is[Learning Deep Architectures for AI](http://www.iro.umontreal.ca/~bengioy/papers/ftml_book.pdf)For a more informal introduction, see the following videos by Geoffrey Hinton and Andrew Ng.* [The Next Generation of Neural Networks](http://www.youtube.com/watch?v=AyzOUbkUf3M) (Hinton, 2007)* [Recent Developments in Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=VdIURAu1-aU) (Hinton, 2010)* [Unsupervised Feature Learning and Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=ZmNOAtZIgIk) (Ng, 2011)If you use this toolbox in your research please cite [Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data](http://www2.imm.dtu.dk/pubdb/views/publication_details.php?id=6284)```@MASTERSTHESIS\{IMM2012-06284, author = "R. B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath(&#39;DeepLearnToolbox&#39;));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand(&#39;state&#39;,0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W&#39;); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand(&#39;state&#39;,0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = &#39;sigm&#39;;%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, &#39;Too big error&#39;);```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand(&#39;state&#39;,0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = &#39;sigm&#39;;sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)&#39;)% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = &#39;sigm&#39;;nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, &#39;Too big error&#39;);```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x&#39;,28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x&#39;,28,28,10000))/255;train_y = double(train_y&#39;);test_y = double(test_y&#39;);%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you&#39;ll get around 1.2% errorrand(&#39;state&#39;,0)cnn.layers = { struct(&#39;type&#39;, &#39;i&#39;) %input layer struct(&#39;type&#39;, &#39;c&#39;, &#39;outputmaps&#39;, 6, &#39;kernelsize&#39;, 5) %convolution layer struct(&#39;type&#39;, &#39;s&#39;, &#39;scale&#39;, 2) %sub sampling layer struct(&#39;type&#39;, &#39;c&#39;, &#39;outputmaps&#39;, 12, &#39;kernelsize&#39;, 5) %convolution layer struct(&#39;type&#39;, &#39;s&#39;, &#39;scale&#39;, 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, &#39;Too big error&#39;);```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, &#39;Too big error&#39;);%% ex2 neural net with L2 weight decayrand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, &#39;Too big error&#39;);%% ex3 neural net with dropoutrand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, &#39;Too big error&#39;);%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = &#39;sigm&#39;; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, &#39;Too big error&#39;);%% ex5 plotting functionalityrand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = &#39;softmax&#39;; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, &#39;Too big error&#39;);%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand(&#39;state&#39;,0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = &#39;softmax&#39;; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, &#39;Too big error&#39;);```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

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