pytorch神经网络实现的基本步骤

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神经网络训练的基本步骤如下：

1、准备数据集；

2、定义网络结构；

3、定义损失函数；

4、定义优化算法；

5、迭代训练；

准备好tensor形式的输入数据以及标签；

定义好网络前向传播用于计算网络的输出（output）以及网络的损失函数（loss）

反向传播进行网络参数更新：以下三个步骤

（1）将上一个迭代所计算的梯度进行清零：optimizer.zero_grad()

（2）进行本次迭代的梯度计算，计算梯度值：loss.backward()

（3）更新网络的权值参数：optimizer.step()

保存训练集上的loss以及验证集上的loss以及准确率，并打印可视化；

import torch
import torch.nn as nn
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


# Hyper-parameters 定义迭代次数， 学习率以及模型形状的超参数
input_size = 1
output_size = 1
num_epochs = 60
learning_rate = 0.001

# Toy dataset  1. 准备数据集
x_train = np.array([[3.3], [4.4], [5.5], [6.71], [6.93], [4.168], 
                    [9.779], [6.182], [7.59], [2.167], [7.042], 
                    [10.791], [5.313], [7.997], [3.1]], dtype=np.float32)

y_train = np.array([[1.7], [2.76], [2.09], [3.19], [1.694], [1.573], 
                    [3.366], [2.596], [2.53], [1.221], [2.827], 
                    [3.465], [1.65], [2.904], [1.3]], dtype=np.float32)

# Linear regression model  2. 定义网络结构 y=w*x+b 其中w的size [1,1], b的size[1,]
model = nn.Linear(input_size, output_size)

# Loss and optimizer 3.定义损失函数， 使用的是最小平方误差函数
criterion = nn.MSELoss()
# 4.定义迭代优化算法， 使用的是随机梯度下降算法
optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=learning_rate)  
loss_dict = []
# Train the model 5. 迭代训练
for epoch in range(num_epochs):
    # Convert numpy arrays to torch tensors  5.1 准备tensor的训练数据和标签
    inputs = torch.from_numpy(x_train)
    targets = torch.from_numpy(y_train)

    # Forward pass  5.2 前向传播计算网络结构的输出结果
    outputs = model(inputs)
    # 5.3 计算损失函数
    loss = criterion(outputs, targets)
    
    # Backward and optimize 5.4 反向传播更新参数
    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()
    optimizer.step()

    
    # 可选 5.5 打印训练信息和保存loss
    loss_dict.append(loss.item())
    if (epoch+1) % 5 == 0:
        print ('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, loss.item()))

# Plot the graph 画出原y与x的曲线与网络结构拟合后的曲线
predicted = model(torch.from_numpy(x_train)).detach().numpy()
plt.plot(x_train, y_train, 'ro', label='Original data')
plt.plot(x_train, predicted, label='Fitted line')
plt.legend()
plt.show()

# 画loss在迭代过程中的变化情况
plt.plot(loss_dict, label='loss for every epoch')
plt.legend()
plt.show()
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