Pytorch深度学习实践笔记6（b站刘二大人）

news2024/12/27 10:47:24

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《PyTorch深度学习实践》完结合集_哔哩哔哩_bilibili

1 Logistic Regression

2 整体流程

3 Softmax 多分类

4 交叉熵crossEntropy

5 Logistic Regression 代码

1 Logistic Regression

区别于Linear Regression，加入了激活函数，引入非线性。

一个二分类问题：
给定学习时长x，y为考试是否可以通过，通过为1，不通过为0

使用二分类激活函数sigmod，softmax多分类在只有两个分类时，也可以变成sigmoid

2 整体流程

数据准备：

模型建立：

Loss建立

mini-Batch Loss for Binary Classification

3 Softmax 多分类

一文彻底搞懂 Softmax 函数，数学原理分析和 PyTorch 验证

softmax就是将一些大的数字拉伸到0～1之间，而且使得大的数所占的比例更大，小的数所占的比例更小，这样如果每一个原始的数据代表score的话，将其总分控制在0~1之间，可以进一步使用交叉熵函数来计算loss。
这里Softmax会带来一些数据上溢和下溢问题，上溢问题可以减去max(y)，下溢问题可以使用log(y)等手段来解决。

一个简单的softmax的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>

#define SIZE (4)

void softMax(double *src,double *dst,const int N)
{
    double exp_score[N];
    double sum = 0.f;
    
    for (int i = 0;i < N;i++)
    {
        exp_score[i] = exp(src[i]);
        sum += exp_score[i];
    }
    for (int i = 0;i < N;i++)
    {
        dst[i] = exp_score[i] / sum; 
    }

}

int main(int argc, char *argv[])
{

    double score[SIZE] = {2.1,2.0,0.1,3.7};

    double probability[SIZE] = {0.f};

    softMax(score,probability,SIZE);

    printf("Probability:[");
    for (int i = 0;i < SIZE;i++)
    {
        printf(" %f ",probability[i]);
    }
    printf(" ]\n");

    return 0;
}

4 交叉熵crossEntropy

计算两个概率分布之间的差异的，由于Softmax和Sigmod都将score转化为了概率分布，因此可以将交叉熵作为损失函数来计算y_true和y_pred之间的差异。

softmax分类器和交叉熵损失函数

一个多分类的交叉熵例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>

#define M (3)
#define N (4)

double crossEntropy(double *y_true,double *y_pred,int m,int n)
{
    // 防止log(0)的情况，对预测概率分布进行微小的修正
    for (int i = 0;i < m;i++)
    {
        for (int j = 0;j < n;j++)
        {
            y_pred[i*n+j] = y_pred[i*n+j] <= 0 ? (1e-7) : (y_pred[i*n+j] > 1 ? (1) : y_pred[i*n+j]);
        }
        
    }

    double sum = 0.f;
    for (int i = 0;i < m;i++)
    {
        for (int j = 0;j < n;j++)
        {
            sum += -y_true[i*n+j] * log2(y_pred[i*n+j]);
        }
        
    }

    return (sum / (double)m);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // one-hot 编码 代表标签分类 例如: 猫 狗 鸟 猪
    // 真实概率分布
    double probability[M][N] = {{1,0,0,0},{0,1,0,0},{0,0,1,0}};

    // double y_pred[M][N] = {{0.7,0.2,0.05,0.05},{0,1,0,0},{0.1,0.1,0.8,0}};

    double y_pred[M][N] = {{0.98,0.02,0,0},{0,1,0,0},{0,0,1,0}};

    double loss = crossEntropy(&probability[0][0],&y_pred[0][0],M,N);
    printf("loss: % .6lf \n",loss);

    return 0;
}

5 Logistic Regression 代码

pytorch nn.BCELoss()详解

torch.empty()和torch.Tensor.random_()的使用举例-CSDN博客

import torch

# prepare dataset
# 0 1 为分类标签
# x_data 输入 学习的时间
# y_data 输出 考试通过与否(0 or 1)
x_data = torch.Tensor([[1.0], [2.0], [3.0],[1.1],[2.1],[1.5],[2.3],[4.1]])
y_data = torch.Tensor([[0], [0], [1],[0],[0],[0],[0],[1]])
 
class LogisticRegressionModel(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LogisticRegressionModel, self).__init__()
        self.linear = torch.nn.Linear(1,1)
 
    def forward(self, x):
        y_pred = torch.sigmoid(self.linear(x))
        return y_pred
model = LogisticRegressionModel()
 
# construct loss and optimizer
criterion = torch.nn.BCELoss(size_average = True) 
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr = 0.05)
 
# training cycle forward, backward, update
for epoch in range(10000):
    y_pred = model(x_data)
    loss = criterion(y_pred, y_data)
    print(epoch, loss.item())
 
    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()
    optimizer.step()
    if (loss < 1e-7):
        break
 
print('w = ', model.linear.weight.item())
print('b = ', model.linear.bias.item())

# test dataset
x_test = torch.Tensor([[4.0],[5.0],[1.5],[2.5],[2.9],[3.0]])
y_test = model(x_test)
print('y_pred = ', y_test.data)