【Python训练营打卡】day33 @浙大疏锦行

DAY 33 简单的神经网络

知识点回顾：

1.  PyTorch和cuda的安装

2.  查看显卡信息的命令行命令（cmd中使用）

3.  cuda的检查

4.  简单神经网络的流程

a.  数据预处理（归一化、转换成张量）

b.  模型的定义

i.  继承nn.Module类

ii.  定义每一个层

iii.  定义前向传播流程

c.  定义损失函数和优化器

d.  定义训练流程

e.  可视化loss过程

预处理补充：

注意事项：

1. 分类任务中，若标签是整数（如 0/1/2 类别），需转为long类型（对应 PyTorch 的torch.long），否则交叉熵损失函数会报错。

2. 回归任务中，标签需转为float类型（如torch.float32）。

作业：今日的代码，要做到能够手敲。这已经是最简单最基础的版本了。

from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split
import numpy as np
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载鸢尾花数据集
iris = load_iris()
X = iris.data 
y = iris.target 
# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

# 归一化数据
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
scaler = MinMaxScaler()
X_train = scaler.fit_transform(X_train)
X_test = scaler.transform(X_test) #确保训练集和测试集是相同的缩放

# 将数据转换为 PyTorch 张量
X_train = torch.FloatTensor(X_train)
y_train = torch.LongTensor(y_train)
X_test = torch.FloatTensor(X_test)
y_test = torch.LongTensor(y_test)

class MLP(nn.Module): # 定义一个多层感知机（MLP）模型，继承父类nn.Module
    def __init__(self): # 初始化函数
        super(MLP, self).__init__() # 调用父类的初始化函数
        self.fc1 = nn.Linear(4, 10)  # 输入层到隐藏层
        self.relu = nn.ReLU()
        self.fc2 = nn.Linear(10, 3)  # 隐藏层到输出层

    def forward(self, x):
        out = self.fc1(x)
        out = self.relu(out)
        out = self.fc2(out)
        return out

# 实例化模型
model = MLP()

# 分类问题使用交叉熵损失函数
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
 
# 使用随机梯度下降优化器
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)

# 训练模型
num_epochs = 20000 # 训练的轮数

# 用于存储每个 epoch 的损失值
losses = []

for epoch in range(num_epochs):
    # 前向传播
    outputs = model.forward(X_train)   # 显式调用forward函数
    # outputs = model(X_train)  # 常见写法隐式调用forward函数，其实是用了model类的__call__方法
    loss = criterion(outputs, y_train) # output是模型预测值，y_train是真实标签

    # 反向传播和优化
    optimizer.zero_grad() #梯度清零
    loss.backward() # 反向传播计算梯度
    optimizer.step() # 更新参数

    # 记录损失值
    losses.append(loss.item())

    # 打印训练信息
    if (epoch + 1) % 100 == 0: 
        print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')

# 可视化损失曲线
plt.plot(range(num_epochs), losses)
plt.xlabel('Epoch')
plt.ylabel('Loss')
plt.title('Training Loss over Epochs')
plt.show()

@浙大疏锦行