pytorch基本的模型训练流程(GPU)

本文介绍了如何使用PyTorch库在CIFAR-10数据集上构建、训练一个简单的卷积神经网络,并使用TensorBoard进行训练过程的可视化。包括数据预处理、模型定义、损失函数和优化器的选择,以及训练和测试的详细步骤。
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import torchvision
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
import time
import torch

# 定义训练的设备
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
# device = torch.device("cpu")

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10('./dataset', train=True, download=True,
                                          transform=torchvision.transforms.ToTensor())

test_data = torchvision.datasets.CIFAR10('./dataset', train=False, download=True,
                                         transform=torchvision.transforms.ToTensor())

train_data_size = len(train_data)
test_data_size = len(test_data)
print("训练数据集的长度为:", train_data_size)
print("测试数据集的长度为:", test_data_size)

# 利用Dataloader来加载数据集
train_dataloader = DataLoader(train_data, batch_size=64)
test_dataloader = DataLoader(test_data, batch_size=64)

# 创建网络模型
class TuDui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(TuDui, self).__init__()
        self.model = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 32, 5, 1, 2),
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Conv2d(32, 32, 5, 1, 2),
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Conv2d(32, 64, 5, 1, 2),
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Flatten(),
            nn.Linear(64 * 4 * 4, 64),
            nn.Linear(64, 10)
        )

    def forward(self, x):
        x = self.model(x)
        return x

tudui = TuDui()
tudui = tudui.to(device)

# 损失函数
loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
loss_fn = loss_fn.to(device)

# 优化器
# learning_rate = 0.01
learning_rate = 1e-2
optimizer = torch.optim.SGD(tudui.parameters(), lr=learning_rate)

# 设置训练网络的一些参数
# 记录训练的次数
total_train_step = 0
# 记录测试的次数
total_test_step = 0
# 训练的轮数
epoch = 10

# 打开logs中的文件夹 tensorboard --logdir=logs --port=6007
# 添加tensorboard
writer = SummaryWriter('./logs_train')
start_time = time.time()
for i in range(epoch):
    print('----------第 {} 轮训练开始----------'.format(i + 1))

    # 训练步骤开始
    tudui.train()
    for data in train_dataloader:
        imgs, targets = data
        imgs = imgs.to(device)
        targets = targets.to(device)
        outputs = tudui(imgs)
        loss = loss_fn(outputs, targets)
        # 优化器优化模型
        optimizer.zero_grad()
        loss.backward()
        optimizer.step()

        total_train_step += 1
        if total_train_step % 100 == 0:
            end_time = time.time()
            print(end_time - start_time)
            print('训练次数:{}, Loss: {}'.format(total_train_step, loss.item()))
            writer.add_scalar('train_loss', loss.item(), total_train_step)

    # 测试步骤开始:
    tudui.eval()
    total_test_loss = 0
    total_accuracy = 0
    with torch.no_grad():
        for data in test_dataloader:
            imgs, targets = data
            imgs = imgs.to(device)
            targets = targets.to(device)
            outputs = tudui(imgs)
            loss_test = loss_fn(outputs, targets)
            total_test_loss += loss_test.item()
            accuracy = (outputs.argmax(1) == targets).sum()
            total_accuracy += accuracy

    print('整体测试集上的Loss:{}'.format(total_test_loss))
    print('整体测试集上的正确率:{}'.format(total_accuracy/test_data_size))
    writer.add_scalar('test_loss', total_test_loss, total_test_step)
    writer.add_scalar('test_accuracy', total_accuracy/test_data_size, total_test_step)
    total_test_step += 1

    torch.save(tudui, 'tudui_{}.pth'.format(i))
    # torch.save(tudui.state_dict(), 'tudui_{}.pth'.format(i))
    print('模型已保存')

writer.close()

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PyTorch 是一个开源的 Python 机器学习库,基于 Torch 库,底层由 C++ 实现,应用于人工智能领域,如计算机视觉和自然语言处理

### PyTorch 中使用 GPU 进行模型训练深度学习领域,GPU 的强大计算能力可以显著缩短模型训练时间。以下是关于如何在 PyTorch 中使用 GPU 进行模型训练的具体方法。 #### 1. 检查 GPU 是否可用 在开始之前,需要确认当前环境是否支持 GPU 加速。可以通过 `torch.cuda.is_available()` 函数检测是否有可用的 CUDA 设备[^5]。 ```python import torch print(f"Torch version: {torch.__version__}") if torch.cuda.is_available(): print("CUDA is available!") else: print("CUDA is not available.") ``` #### 2. 定义设备对象 为了使模型能够在 GPU 上运行,需定义一个设备对象并将模型和数据移动到该设备上。`torch.device` 是用于指定设备的核心工具[^3]。 ```python device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") model.to(device) # 将模型移到 GPU 或 CPU ``` #### 3. 数据加载与处理 当模型被转移到 GPU 后,输入的数据也需要同步迁移到相同的设备上。这一步骤对于确保模型能够正常工作至关重要[^1]。 ```python for inputs, labels in dataloader: inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device) outputs = model(inputs) ``` #### 4. 多 GPU 并行训练 如果计算机配备了多个 GPU,则可以进一步提升性能。通过 `DataParallel` 方法实现多 GPU 支持[^4]。 ```python if torch.cuda.device_count() > 1: print(f"{torch.cuda.device_count()} GPUs are detected! Using DataParallel...") model = torch.nn.DataParallel(model) model.to(device) ``` #### 5. 测试 GPU 性能差异 为了验证 GPU 对于模型训练的实际效果,可以在不同硬件配置下分别测量训练所需的时间[^2]。 ```python start_time = time.time() # Training loop here... end_time = time.time() elapsed_time = end_time - start_time print(f"Training took {elapsed_time:.2f} seconds on {device}.") ``` 以上便是完整的流程说明以及代码片段展示,涵盖了从基础设置到高级优化的内容。
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