使用 tensorboard 可视化模型、数据和训练
作者:互联网
文章目录
- 摘要
- 1. TensorBoard 设置
- 2. 写入 TensorBoard
- 3. 使用 TensorBoard 检查模型
- 4. 向 TensorBoard 添加“投影仪”
- 5. 使用 TensorBoard 跟踪模型训练
摘要
为了了解发生了什么,我们在模型训练时打印出一些统计数据,以了解训练是否在进行。 但是,我们可以做得更好:PyTorch 与 TensorBoard 集成,后者是一种用于可视化神经网络训练运行结果的工具。 本教程使用 Fashion-MNIST 数据集说明了它的一些功能,该数据集可以使用 torchvision.datasets 读入 PyTorch。
在本教程中,我们将学习如何:
- 读入数据并进行适当的转换(与之前的教程几乎相同)。
- 设置 TensorBoard。
- 写入 TensorBoard。
- 使用 TensorBoard 检查模型架构。
- 使用 TensorBoard 创建我们在上一教程中创建的可视化的交互式版本,代码更少
具体来说,在第 5 点,我们将看到: 几种检查训练数据的方法 如何在训练时跟踪模型的性能 如何在训练后评估模型的性能。
我们将从与 CIFAR-10 教程中类似的样板代码开始:
# imports
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim
# transforms
transform = transforms.Compose(
[transforms.ToTensor(),
transforms.Normalize((0.5,), (0.5,))])
# datasets
trainset = torchvision.datasets.FashionMNIST('./data',
download=True,
train=True,
transform=transform)
testset = torchvision.datasets.FashionMNIST('./data',
download=True,
train=False,
transform=transform)
# dataloaders
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=4,
shuffle=True, num_workers=2)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=4,
shuffle=False, num_workers=2)
# constant for classes
classes = ('T-shirt/top', 'Trouser', 'Pullover', 'Dress', 'Coat',
'Sandal', 'Shirt', 'Sneaker', 'Bag', 'Ankle Boot')
# helper function to show an image
# (used in the `plot_classes_preds` function below)
def matplotlib_imshow(img, one_channel=False):
if one_channel:
img = img.mean(dim=0)
img = img / 2 + 0.5 # unnormalize
npimg = img.numpy()
if one_channel:
plt.imshow(npimg, cmap="Greys")
else:
plt.imshow(np.transpose(npimg, (1, 2, 0)))
我们将在该教程中定义一个类似的模型架构,只进行微小的修改以考虑到图像现在是一个通道而不是三个通道和 28x28 而不是 32x32 的事实:
class Net(nn.Module):
def __init__(self):
super(Net, self).__init__()
self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, 5)
self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)
self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
self.fc1 = nn.Linear(16 * 4 * 4, 120)
self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
self.fc3 = nn.Linear(84, 10)
def forward(self, x):
x = self.pool(F.relu(self.conv1(x)))
x = self.pool(F.relu(self.conv2(x)))
x = x.view(-1, 16 * 4 * 4)
x = F.relu(self.fc1(x))
x = F.relu(self.fc2(x))
x = self.fc3(x)
return x
net = Net()
我们将定义与之前相同的优化器和标准:
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)
1. TensorBoard 设置
现在我们将设置 TensorBoard,从 torch.utils 导入 tensorboard 并定义一个 SummaryWriter,这是我们将信息写入 TensorBoard 的关键对象。
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter #
default `log_dir` is "runs" - we'll be more specific here
writer = SummaryWriter('runs/fashion_mnist_experiment_1')
请注意,仅此行会创建一个 running/fashion_mnist_experiment_1 文件夹。
2. 写入 TensorBoard
现在让我们使用 make_grid 将图像写入 TensorBoard - 特别是网格。
# get some random training images
dataiter = iter(trainloader)
images, labels = dataiter.next()
# create grid of images
img_grid = torchvision.utils.make_grid(images)
# show images
matplotlib_imshow(img_grid, one_channel=True)
# write to tensorboard
writer.add_image('four_fashion_mnist_images', img_grid)
正在运行
3. 使用 TensorBoard 检查模型
TensorBoard 的优势之一是其可视化复杂模型结构的能力。 让我们可视化我们构建的模型。
writer.add_graph(net, images)
writer.close()
现在刷新 TensorBoard 后,您应该会看到一个“Graphs”选项卡,如下所示:
继续并双击“Net”以查看其展开,查看构成模型的各个操作的详细视图。
TensorBoard 有一个非常方便的功能,可以在低维空间中可视化高维数据,例如图像数据; 我们接下来会介绍这个。
4. 向 TensorBoard 添加“投影仪”
我们可以通过 add_embedding 方法可视化高维数据的低维表示
# helper function
def select_n_random(data, labels, n=100):
'''
Selects n random datapoints and their corresponding labels from a dataset
'''
assert len(data) == len(labels)
perm = torch.randperm(len(data))
return data[perm][:n], labels[perm][:n]
# select random images and their target indices
images, labels = select_n_random(trainset.data, trainset.targets)
# get the class labels for each image
class_labels = [classes[lab] for lab in labels]
# log embeddings
features = images.view(-1, 28 * 28)
writer.add_embedding(features,
metadata=class_labels,
label_img=images.unsqueeze(1))
writer.close()
现在,在 TensorBoard 的“投影仪”选项卡中,您可以看到这 100 张图像——每张都是 784 维的——被投影到 3 维空间中。 此外,这是交互式的:您可以单击并拖动以旋转三维投影。 最后,一些使可视化更容易查看的提示:选择左上角的“颜色:标签”,以及启用“夜间模式”,这将使图像更容易看到,因为它们的背景是白色的:
5. 使用 TensorBoard 跟踪模型训练
在前面的例子中,我们简单地每 2000 次迭代打印模型的运行损失。 现在,我们将把运行损失记录到 TensorBoard,同时查看模型通过 plot_classes_preds 函数所做的预测。
# helper functions
def images_to_probs(net, images):
'''
Generates predictions and corresponding probabilities from a trained
network and a list of images
'''
output = net(images)
# convert output probabilities to predicted class
_, preds_tensor = torch.max(output, 1)
preds = np.squeeze(preds_tensor.numpy())
return preds, [F.softmax(el, dim=0)[i].item() for i, el in zip(preds, output)]
def plot_classes_preds(net, images, labels):
'''
Generates matplotlib Figure using a trained network, along with images
and labels from a batch, that shows the network's top prediction along
with its probability, alongside the actual label, coloring this
information based on whether the prediction was correct or not.
Uses the "images_to_probs" function.
'''
preds, probs = images_to_probs(net, images)
# plot the images in the batch, along with predicted and true labels
fig = plt.figure(figsize=(12, 48))
for idx in np.arange(4):
ax = fig.add_subplot(1, 4, idx+1, xticks=[], yticks=[])
matplotlib_imshow(images[idx], one_channel=True)
ax.set_title("{0}, {1:.1f}%\n(label: {2})".format(
classes[preds[idx]],
probs[idx] * 100.0,
classes[labels[idx]]),
color=("green" if preds[idx]==labels[idx].item() else "red"))
return fig
最后,让我们使用与上一教程相同的模型训练代码来训练模型,但每 1000 批将结果写入 TensorBoard,而不是打印到控制台; 这是使用 add_scalar 函数完成的。
此外,在训练时,我们将生成一张图像,显示模型的预测与该批次中包含的四张图像的实际结果。
running_loss = 0.0
for epoch in range(1): # loop over the dataset multiple times
for i, data in enumerate(trainloader, 0):
# get the inputs; data is a list of [inputs, labels]
inputs, labels = data
# zero the parameter gradients
optimizer.zero_grad()
# forward + backward + optimize
outputs = net(inputs)
loss = criterion(outputs, labels)
loss.backward()
optimizer.step()
running_loss += loss.item()
if i % 1000 == 999: # every 1000 mini-batches...
# ...log the running loss
writer.add_scalar('training loss',
running_loss / 1000,
epoch * len(trainloader) + i)
# ...log a Matplotlib Figure showing the model's predictions on a
# random mini-batch
writer.add_figure('predictions vs. actuals',
plot_classes_preds(net, inputs, labels),
global_step=epoch * len(trainloader) + i)
running_loss = 0.0
print('Finished Training')
您现在可以查看标量选项卡以查看在 15,000 次训练迭代中绘制的运行损失:
标签:tensorboard,模型,labels,preds,可视化,TensorBoard,images,data,self 来源: https://blog.csdn.net/weixin_40653652/article/details/120324436