[pytorch] torch.optimizer.lr_scheduler调整学习率

本文详细介绍了PyTorch中torch.optim.lr_scheduler模块提供的五种学习率调整策略,包括LambdaLR、StepLR、MultiStepLR和ExponentialLR,通过实例展示了如何在不同场景下应用这些策略以优化模型训练。

torch.optim.lr_scheduler模块提供了一些根据epoch训练次数来调整学习率(learning rate)的方法。一般情况下我们会设置随着epoch的增大而逐渐减小学习率从而达到更好的训练效果。

学习率的调整应该放在optimizer更新之后,下面是一个参考蓝本:

scheduler = ...
for epoch in range(100):
     train(...)
     validate(...)
     scheduler.step()

另外本文介绍的调整学习率的函数都是基于epoch大小变化进行调整的。

torch.optim.lr_scheduler.LambdaLR

class torch.optim.lr_scheduler.LambdaLR(optimizer, lr_lambda, last_epoch=-1)

更新的公式为:

n e w _ l r = λ × i n i t i a l _ l r new \_{_lr}=\lambda×initial \_{_lr} new_lr=λ×initial_lr

其中new_lr
new_lr是得到的新的学习率,initial_lr
initial_lr是初始的学习率,λ
λ是通过参数lr_lambda和epoch得到的。

参数:

  • optimizer (Optimizer):要更改学习率的优化器;
  • lr_lambda(function or list):根据epoch计算λ
    λ的函数;或者是一个list的这样的function,分别计算各个parameter groups的学习率更新用到的λ
    λ;
  • last_epoch (int):最后一个epoch的index,如果是训练了很多个epoch后中断了,继续训练,这个值就等于加载的模型的epoch。默认为-1表示从头开始训练,即从epoch=1开始。
import torch
import torch.nn as nn
from torch.optim.lr_scheduler import LambdaLR

initial_lr = 0.1

class model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=3, kernel_size=3)

    def forward(self, x):
        pass

net_1 = model()

optimizer_1 = torch.optim.Adam(net_1.parameters(), lr = initial_lr)
scheduler_1 = LambdaLR(optimizer_1, lr_lambda=lambda epoch: 1/(epoch+1))

print(
<think>我们正在使用PyTorchtorch.optim.lr_scheduler模块来设置学习率调度器,并在训练过程中记录每个epoch的学习率值,最后用Matplotlib绘制学习率变化曲线。根据用户提供的引用示例,我们可以总结出以下步骤:1.导入必要的库:torch,torch.optim,torch.optim.lr_scheduler,matplotlib.pyplot2.定义一个模型(可以是任意模型,因为我们不进行实际训练,只关注学习率变化)和优化器3.选择一个学习率调度器(如ExponentialLR,CosineAnnealingLR,CyclicLR等)4.模拟训练循环(不需要实际训练数据),在每个epoch后调用scheduler.step(),并记录当前学习率5.使用matplotlib绘制学习率epoch变化的曲线我们将展示三种常见的学习率调度器的可视化方法:1.指数衰减(ExponentialLR)2.循环学习率(CyclicLR)3.余弦退火(CosineAnnealingLR)注意:在绘制多个调度器时,我们可以分别运行并记录,然后绘制在同一张图上进行比较。由于用户要求用中文回答,我将用中文编写注释和说明。</think> ### 如何在 PyTorch 中使用 Matplotlib 可视化学习率变化曲线 完整步骤如下(含代码示例): #### 1. 导入所需库 ```python import torch import torch.optim as optim from torch.optim import lr_scheduler import matplotlib.pyplot as plt ``` #### 2. 创建模型和优化器(以 SGD 为例) ```python model = torch.nn.Linear(10, 2) # 任意模型 optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1) # 初始学习率设为 0.1 ``` #### 3. 选择学习率调度策略 根据需求选择调度器并配置参数: **示例 1:指数衰减** 学习率按 $ \alpha_t = \alpha_0 \cdot \gamma^t $ 衰减 ```python scheduler = lr_scheduler.ExponentialLR(optimizer, gamma=0.95) # 每 epoch 衰减 5%[^1] ``` **示例 2:余弦退火** $$ \alpha_t = \eta_{min} + \frac{1}{2}(\alpha_0 - \eta_{min})(1 + \cos(\frac{t}{T_{max}}\pi)) $$ ```python scheduler = lr_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T_max=50, eta_min=0.001) # 周期 50 步,最小学习率 0.001[^3] ``` **示例 3:循环学习率** ```python scheduler = lr_scheduler.CyclicLR( optimizer, base_lr=0.001, max_lr=0.1, step_size_up=10, # 上升步数 step_size_down=5, # 下降步数 mode='triangular' # 三角模式 )[^2] ``` #### 4. 记录学习率变化 ```python epochs = 100 lr_history = [] for epoch in range(epochs): # 训练代码(实际训练时需添加) optimizer.step() # 记录当前学习率 current_lr = optimizer.param_groups[0]['lr'] lr_history.append(current_lr) # 更新学习率 scheduler.step() ``` #### 5. 使用 Matplotlib 可视化 ```python plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.plot(range(epochs), lr_history, 'b-', linewidth=2) plt.title('Learning Rate Schedule', fontsize=14) plt.xlabel('Epoch', fontsize=12) plt.ylabel('Learning Rate', fontsize=12) plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7) plt.savefig('lr_schedule.png', dpi=300) plt.show() ``` ### 关键说明 1. **多策略对比**:同时绘制多个调度器曲线时,使用不同颜色和标签: ```python plt.plot(epochs, lr_exp, 'r-', label='Exponential Decay') plt.plot(epochs, lr_cos, 'b--', label='Cosine Annealing') plt.legend() ``` 2. **参数验证**:每个 epoch 打印学习率验证变化是否符合预期: ```python print(f'Epoch {epoch}: LR = {current_lr:.6f}') ``` 3. **中断恢复**:若训练中断需保存/加载调度器状态: ```python checkpoint = { 'scheduler_state': scheduler.state_dict(), 'last_epoch': epoch } torch.save(checkpoint, 'scheduler.pth') ``` ---
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