深度学习-pytorch_lightning框架使用实例

news2024/12/31 6:01:24

下面是我写过的一个pytorch_lightning项目的代码框架。关键代码已经省略。

模型构建

import pytorch_lightning as pl
from pytorch_lightning.plugins.io import TorchCheckpointIO as tcio
import torch
from torch import nn
import torch.nn.functional as F
from torch.optim.lr_scheduler import ReduceLROnPlateau

from pathlib import Path
import random

class MyModel(pl.LightningModule):
	# 参数省略了
    def __init__(self, ... learning_rate=2e-5):
        super(MyModel, self).__init__()
		...
        encoder_layer = nn.TransformerEncoderLayer()
        self.encoder = nn.TransformerEncoder(encoder_layer, num_hidden_layers)
        ...
        self.apply(self.init_weights)

    def init_weights(self, layer):
        if isinstance(layer, (nn.Linear, nn.Embedding)):
            if isinstance(layer.weight, torch.Tensor):
                layer.weight.data.normal_(mean=0.0, std=self.initializer_range)
        elif isinstance(layer, nn.LayerNorm):
            layer._epsilon = 1e-12 # 一个小的常数,用于避免除以零误差。默认值为 1e-5
	
	# args是自定义的参数,这里略去
    def forward(self, args):
        # 层构建也略去
        return F.relu(dense_outputs).squeeze(dim=1).exp()

    def training_step(self, batch, batch_idx):
        inputs, targets = batch
        predicts = self(**inputs)
        loss = F.l1_loss(predicts, targets, reduction="mean")
        self.log("train_loss", loss)
        return loss

    def validation_step(self, batch, batch_idx):
        inputs, targets = batch
        predicts = self(**inputs)
        loss = F.l1_loss(predicts, targets, reduction="mean")
        self.log("val_loss", loss)
        for i in range(targets.size(0)):
            predict = predicts[i].item()
            target = targets[i].item()
            print(f"{target} => {predict} ")
        print(f"loss = {loss.item()}")

    def test_step(self, batch, batch_idx):
        inputs, targets = batch
        predicts = self(**inputs)
        loss = F.l1_loss(predicts, targets, reduction="mean")
        for i in range(targets.size(0)):
            predict = predicts[i].item()
            target = targets[i].item()
            print(f"{target} => {predict} ")
        print(f"loss = {loss.item()}")

    #只要在training_step返回了loss,就会自动反向传播,调用lr_scheduler
    def configure_optimizers(self):
        optimizer = torch.optim.Adam(self.parameters(), lr=self.lr)
        return {
            "optimizer": optimizer,
            "lr_scheduler": {
                "scheduler": ReduceLROnPlateau(optimizer, mode="min", factor=0.1, patience=10,
                                               eps=1e-9, verbose=True),
                "interval": "epoch",
                "monitor": "val_loss",
            },
        }

数据导入

from torch.utils.data import Dataset, DataLoader

def process_data(input_path: Path) -> List[List]:

class DnaDataset(Dataset):
    def __init__(self, data):
        self.data = data

    def __getitem__(self, idx):
        return self.data[idx]

    def __len__(self):
        return len(self.data)


def collate_fn(batch):
    xxxx, days = zip(*batch)
    inputs = dict()
    inputs['xxxx'] = torch.tensor(base_ids, dtype=torch.long)
    ...
    # 构造一个字典
    targets = torch.tensor(days).float()
    return inputs, targets

-- use in main --

    train_data = process_data(work_path / 'train_data.txt')
    val_data = process_data(work_path / 'val_data.txt')

    train_dataset = DnaDataset(train_data)
    train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True,
                              collate_fn=collate_fn, drop_last=True, num_workers=64)

    val_dataset = DnaDataset(val_data)
    val_loader = DataLoader(val_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False,
                            collate_fn=collate_fn,drop_last=True, num_workers=64)

训练

import pytorch_lightning as pl
from pytorch_lightning.callbacks import ModelCheckpoint
from pytorch_lightning.callbacks import EarlyStopping
from pytorch_lightning.callbacks import LearningRateMonitor

checkpoint_callback = ModelCheckpoint(
    filename="{epoch:04d}-{val_loss:.6f}",
    monitor="val_loss", # 监控的变量
    verbose=True, # 冗余模式
    save_last=True, # 覆盖保存
    save_top_k=10, # 保存k个最好的模型
    mode="min", # val_loss越小越好
)
# 监控validation_step中的变量,如果不能更优则提前停止训练
early_stop_callback = EarlyStopping(
    patience=10, # 持续几个epoch没有提升,则停止训练
    min_delta=0.01, # 0.01 最小的该变量,即当监控的量的绝对值变量小于该值,则认为没有新提升
    monitor='val_loss',
    mode='min',
    verbose=True)

lr_monitor = LearningRateMonitor(logging_interval='step')

lr = 2e-04
model = MyModel(hidden_size=HIDDEN_SIZE, learning_rate=lr)
ckpt_file = "weights_last.ckpt"
ckpt_path = work_path / ckpt_file
trainer = pl.Trainer(gpus=2, accelerator='dp',
                     # resume_from_checkpoint=str(ckpt_path),
                     gradient_clip_val=2.0,
                     accumulate_grad_batches=64,
                     sync_batchnorm=True,
                     #min_epochs=40,
                     #max_epochs=2000,
                     callbacks=[checkpoint_callback, early_stop_callback, lr_monitor])

trainer.fit(model, train_loader, val_loader)

其中,在训练阶段,test_step是不会被调用的。只有训练得差不多了,我们才手动调用。

测试

import pytorch_lightning as pl
from pytorch_lightning.plugins.io import TorchCheckpointIO as tcio
import torch.multiprocessing
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
from pathlib import Path
import random
from model_training import MyModel, DnaDataset, collate_fn, process_data

model = MyModel(hidden_size=HIDDEN_SIZE, learning_rate=lr)
ckpt_path = "xxxx.ckpt"
trainer = pl.Trainer(resume_from_checkpoint=ckpt_path)
# tc = tcio()
# ckpt_dict = tc.load_checkpoint(path=ckpt_path)
# ckpt_dict是一个字典,里面有各种权重数据。如果想看可以看。

test_data = process_data(work_path / 'test_data.txt')
test_dataset = DnaDataset(test_data)
test_dataloader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True,
                              collate_fn=collate_fn, drop_last=True, num_workers=64)

trainer.test(model, dataloaders=test_dataloader)

转化为onnx格式

这里的代码我跑通了,但是打出来的模型跑测试贼慢。我怀疑是模型太复杂了🚬还没想好解决办法,之后解决了再更新。

model = MyModel(hidden_size=HIDDEN_SIZE, learning_rate=lr)
ckpt_path = "last.ckpt"
trainer = pl.Trainer(resume_from_checkpoint=ckpt_path)
tc = tcio()
ckpt_dict = tc.load_checkpoint(path=ckpt_path)
model.load_state_dict(ckpt_dict["state_dict"])
model.eval()

val_data = process_data(work_path / 'val_data.txt')
val_dataset = DnaDataset(val_data)
val_loader = DataLoader(val_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False,
                        collate_fn=collate_fn,
                        drop_last=True, num_workers=64)
                        
# 随便生成1个数据就好。torch.onnx.export实际进行了一次推理
for d in val_loader:
    a, b = d
    break
import torch.onnx
torch.onnx.export(model, (a["x1"], a["x2"], a["x3"]),
                  "last.onnx", # 打包后的文件名
                  # 如果有多个输入,可以通过input_names指明输入变量的名称
                  input_names=["x1", "x2", "x3"],
                  )

查看模型结构

使用 https://netron.app/,我下载了win10版,打开一个onnx格式的文件,可以看到这样的:
在这里插入图片描述

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