PyTorch安装与基础概念

本文介绍了PyTorch这一Python优先的深度学习框架,重点讲解了其动态计算图的优势及核心概念,包括张量、自动求导机制和神经网络模块,并提供了一个简单的线性回归示例。
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Pytorch是Facebook 的 AI 研究团队发布了一个 Python 工具包,是Python优先的深度学习框架改进现有的神经网络。
Pytorch提供了更快速的方法——不需要从头重新构建整个网络,这是由于 PyTorch 采用了动态计算图(dynamic computational graph)结构,而不是大多数开源框架(TensorFlow、Caffe、CNTK、Theano 等)采用的静态计算图。

PyTorch安装

pytorch的安装可以看另一篇文章:anaconda中PyTorch的安装

PyTorch基础概念

张量(Tensor):类似于NumPy的ndarray,但还可以在GPU上使用来加速计算。

自动求导(Autograd):autograd包为张量上的所有操作提供了自动求导机制。它是一个在运行时定义(define-by-run)的框架,这意味着反向传播是根据代码如何运行来决定的,并且每次迭代可以是不同的。

神经网络:可以使用torch.nn包来构建神经网络。一个nn.Module包含各个层和一个forward(input)方法,该方法返回output。

简单实例

import torch

device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') 

N, D_in, H, D_out = 64, 1000, 100, 10

x = torch.randn(N, D_in, device=device)
y = torch.randn(N, D_out, device=device)

w1 = torch.randn(D_in, H, device=device, requires_grad=True)
w2 = torch.randn(H, D_out, device=device, requires_grad=True)

learning_rate = 1e-6
for t in range(500):
    y_pred = x.mm(w1).clamp(min=0).mm(w2)

    loss = (y_pred - y).pow(2).sum()
    print(t, loss.item())
    
    loss.backward()

    with torch.no_grad():
        w1 -= learning_rate * w1.grad
        w2 -= learning_rate * w2.grad
        
        w1.grad.zero_()
        w2.grad.zero_()

参考:
PyTorch 中文文档 & 教程
https://blog.youkuaiyun.com/cuclxt/article/details/71305222

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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 祾神經網絡基本概念 PyTorch 是一個廣泛應用於深度學習研究的框架,其靈活性和高效性能使得開發者能夠輕鬆構建各種類型的神經網絡模型。以下是關於 PyTorch 中神經網絡的一些基本概念: #### 安裝與環境準備 在開始之前,確保已經正確安裝了 PyTorch 框架[^1]。這一步對於後續的操作至關重要。 #### Module 抽象概念 `Module` 是 PyTorch 中的核心抽象之一,用來表示神經網絡層及其相關參數。每個 `Module` 都可以被視為一個獨立的功能單元,負責處理輸入數據並生成相應的輸出結果。此外,`Module` 不僅包裝了網絡層,還定義了前向傳播邏輯以及反向傳播所需的梯度計算規則[^2]。 #### 單個神經網絡層 最基本的神經網絡層通常由線性變換(Linear Transformation)組成,該過程可以用矩陣乘法表達為 \( y = Wx + b \),其中 \( W \) 和 \( b \) 分別代表權重矩陣和偏置項。這些參數會隨著訓練逐步調整以最小化損失函數。 #### 多層感知機 (MLP) 多層感知機是一種典型的全連接神經網絡結構,包含了一個或多個隱藏層。每一層都通過激活函數進行非線性轉換,從而增強模型對複雜模式的捕捉能力。常見的激活函數有 ReLU、Sigmoid 和 Tanh 等。 #### 循環神經網絡 (RNN) 循環神經網絡專門設計用於處理序列數據,例如時間序列或自然語言文本。標準 RNN 的核心特點是在每次更新時保留一部分先前狀態作為當前步驟的輸入的一部分,這樣就能夠捕獲長期依賴關係[^3]。 ```python import torch from torch import nn class SimpleNet(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(SimpleNet, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) self.relu = nn.ReLU() self.fc2 = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out = self.fc1(x) out = self.relu(out) out = self.fc2(out) return out ``` 上述代碼展示了一個簡單的兩層全連接神經網絡實現方式,其中包括了一個隱藏層和一個輸出層,並且使用了 ReLU 作為激活函數。 --- §§相關問題§§ 1. 如何自定義一個新的 `Module`? 2. 在 PyTorch 中有哪些常用的優化器選擇? 3. 詳細解釋一下损失函数的作用及其在訓練過程中扮演的角色。 4. 使用 GPU 加速能否提升大型神經網絡的訓練速度?如果能,具體應該怎麼做? 5. 如果想將預訓練好的模型遷移到新任務上,應該採取哪些策略?
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