学习率设置(写给自己看）

news2024/9/29 19:18:30

现往你的.py文件上打上以下代码：

import torch
import numpy as np
from torch.optim import SGD
from torch.optim import lr_scheduler
from torch.nn.parameter import Parameter

model = [Parameter(torch.randn(2, 2, requires_grad=True))]
optimizer = SGD(model, lr=0.1)

然后在最后的循环打上以下代码：

epochs=100
for epoch in (1,epochs+1):
    train()
    test()
    lr_schedulers.step()

这里的train和test是你的训练和测试调用的函数。

学习率参数很难调节，针对图像分类任务，一般使用的是:

1.阶梯型衰减，

就是在指定的批次上降低指定倍数，比如如果100个epoch，设置在1/3和3/4处学习率减小一倍，这种有两种实现方式：

方式一：

lr_schedulers=lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size=30, gamma=0.1)

方式二：

epochs=100
for epoch in (1,epochs+1):
    if epoch%30 == 0:
        lr = lr*0.1
    train()
    test()
    lr_schedulers.step()

2.MultiStepLR：多个不同速率的衰减

方式一：

scheduler = lr_scheduler.MultiStepLR(optimizer, milestones=[30,80], gamma=0.5)

方式二：

for epoch in (1,epochs+1):
    if epoch == 30:
        lr = lr*0.1
    if epoch == 40:
        lr = lr*0.5
    train()
    test()
    lr_schedulers.step()

3.指数型下降的学习率调节器

公式：

curr_rate:当前的学习率

init_rate:初始的学习率

gamma:衰减系数

epochs:计数器,从0计数到训练的迭代次数

decay_step:控制衰减速度

公式表达的含义其实很明显，gamma衰减系数代表的就是衰减函数的形状，>1学习率就增长了，<1学习率就衰减了。代码实现：

X = []
Y = []
# 初始学习率
learning_rate = 0.1
# 衰减系数
decay_rate = 0.1
# decay_steps控制衰减速度
# 如果decay_steps大一些,(global_step / decay_steps)就会增长缓慢一些
#   从而指数衰减学习率decayed_learning_rate就会衰减得慢一些
#   否则学习率很快就会衰减为趋近于0
decay_steps = 60
# 迭代轮数
global_steps = 120
# 指数学习率衰减过程
for global_step in range(0,global_steps):
    decayed_learning_rate = learning_rate * decay_rate**(global_step / decay_steps)
    X.append(global_step / decay_steps)
    Y.append(decayed_learning_rate)
    if global_step==0 or global_step==global_steps-1:
        print("global step: %d, learning rate: %f" % (global_step,decayed_learning_rate))
    
fig = plt.figure(1)
ax = fig.add_subplot(1,1,1)
curve = ax.plot(X,Y,'b',label="learning rate")
ax.legend()
ax.set_xlabel("epochs / decay_steps")
ax.set_ylabel("learning_rate")

你通过设置初始学习率和最后想要下降到的学习率试着模拟一下。效果还是不错的。

实现方式：

实质上pytorch里面有：

scheduler = lr_scheduler.ExponentialLR(optimizer, gamma=0.9)

但是和上面的公式是有出入的，他的实现方式其实就是当前的学习率乘以gamma系数值，所以在最后学习率肯定会同样的衰减率torch里面下降的是比上面的快的，所以有两种策略，第一种调整gamma系数然后打印每次的学习率的数值调整到自己想要的学习率大小，即：

我i试了试改成0.96差不多就可以了。

第二种就是把上面的方式封装成一个函数，在for循环里每次调用他，封装成函数就可以使用

LambdaLR学习策略

了，它可以自定义函数，实现方式如下：

# 初始学习率
learning_rate = 0.1
# 衰减系数
decay_rate = 0.1
# decay_steps 控制衰减速度
decay_steps = 60
# 迭代轮数
global_steps = 120


# 自定义指数衰减函数
def exponential_decay(initial_lr, decay_rate, decay_steps, global_step):
    return initial_lr * decay_rate**(global_step / decay_steps)



scheduler = LambdaLR(optimizer, lr_lambda=lambda step: exponential_decay(learning_rate, decay_rate, decay_steps, step))

# 记录学习率的变化
lr_history = []

# 模拟训练过程
for epoch in range(global_steps):
    # 执行训练步骤
    # ...

    # 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()

这个函数就非常的方便，像是上面的多阶段衰减也可以使用这个函数进行实现。

OneCycleLR

scheduler=lr_scheduler.OneCycleLR(optimizer,max_lr=0.1,pct_start=0.5,total_steps=120,div_factor=10,final_div_factor=10)

可视化 OneCycleLR：

import torch
from torch.optim.lr_scheduler import OneCycleLR
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义神经网络和优化器
class SimpleNet(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SimpleNet, self).__init__()
        self.fc = torch.nn.Linear(10, 1)

    def forward(self, x):
        return self.fc(x)

net = SimpleNet()
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.1)

# 定义 OneCycleLR 学习率调度器
scheduler = OneCycleLR(optimizer, max_lr=0.1, pct_start=0.5, total_steps=120, div_factor=10, final_div_factor=10)

# 记录学习率的变化
lr_history = []

# 模拟训练过程
for epoch in range(120):
    # 执行训练步骤
    # ...

    # 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()

# 绘制学习率变化曲线
plt.plot(range(120), lr_history, label="learning rate")
plt.xlabel("epochs")
plt.ylabel("learning rate")
plt.legend()
plt.show()