Pytorch 训练技巧

Posted 2022-08-06 风信子的猫Redamancy

Pytorch 训练技巧

文章目录

• Pytorch 训练技巧
• • 1、指定GPU编号
  • 2、查看模型每层输出详情
  • 3、梯度裁剪（Gradient Clipping）
  • 4、扩展单张图片维度
  • 5、独热编码
  • 6、防止验证模型时爆显存
  • 7、学习率衰减
  • 8、冻结某些层的参数

1、指定GPU编号

• 设置当前使用的GPU设备仅为0号设备，设备名称为 /gpu:0：os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "0"
• 设置当前使用的GPU设备为0,1号两个设备，名称依次为 /gpu:0、/gpu:1： os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "0,1" ，根据顺序表示优先使用0号设备,然后使用1号设备。

指定GPU的命令需要放在和神经网络相关的一系列操作的前面。

2、查看模型每层输出详情

Keras有一个简洁的API来查看模型的每一层输出尺寸，这在调试网络时非常有用。现在在PyTorch中也可以实现这个功能。

使用很简单，如下用法：

from torchsummary import summary
summary(your_model, input_size=(channels, H, W))

input_size 是根据你自己的网络模型的输入尺寸进行设置。

pytorch-summarygithub.com

3、梯度裁剪（Gradient Clipping）

import torch.nn as nn

outputs = model(data)
loss= loss_fn(outputs, target)
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), max_norm=20, norm_type=2)
optimizer.step()

nn.utils.clip_grad_norm_ 的参数：

• parameters – 一个基于变量的迭代器，会进行梯度归一化
• max_norm – 梯度的最大范数
• norm_type – 规定范数的类型，默认为L2

4、扩展单张图片维度

因为在训练时的数据维度一般都是 (batch_size, c, h, w)，而在测试时只输入一张图片，所以需要扩展维度，扩展维度有多个方法：

import cv2
import torch

image = cv2.imread(img_path)
image = torch.tensor(image)
print(image.size())

img = image.view(1, *image.size())
print(img.size())

# output:
# torch.Size([h, w, c])
# torch.Size([1, h, w, c])

或

import cv2
import numpy as np

image = cv2.imread(img_path)
print(image.shape)
img = image[np.newaxis, :, :, :]
print(img.shape)

# output:
# (h, w, c)
# (1, h, w, c)

或（感谢知乎用户coldleaf的补充）

import cv2
import torch

image = cv2.imread(img_path)
image = torch.tensor(image)
print(image.size())

img = image.unsqueeze(dim=0)  
print(img.size())

img = img.squeeze(dim=0)
print(img.size())

# output:
# torch.Size([(h, w, c)])
# torch.Size([1, h, w, c])
# torch.Size([h, w, c])

tensor.unsqueeze(dim)：扩展维度，dim指定扩展哪个维度。

tensor.squeeze(dim)：去除dim指定的且size为1的维度，维度大于1时，squeeze()不起作用，不指定dim时，去除所有size为1的维度。

5、独热编码

在PyTorch中使用交叉熵损失函数的时候会自动把label转化成onehot，所以不用手动转化，而使用MSE需要手动转化成onehot编码。

import torch
class_num = 8
batch_size = 4

def one_hot(label):
    """
    将一维列表转换为独热编码
    """
    label = label.resize_(batch_size, 1)
    m_zeros = torch.zeros(batch_size, class_num)
    # 从 value 中取值，然后根据 dim 和 index 给相应位置赋值
    onehot = m_zeros.scatter_(1, label, 1)  # (dim,index,value)

    return onehot.numpy()  # Tensor -> Numpy

label = torch.LongTensor(batch_size).random_() % class_num  # 对随机数取余
print(one_hot(label))

# output:
[[0. 0. 0. 1. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 1. 0. 0. 0. 0. 0.]
 [0. 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]]

Convert int into one-hot formatdiscuss.pytorch.org

6、防止验证模型时爆显存

验证模型时不需要求导，即不需要梯度计算，关闭autograd，可以提高速度，节约内存。如果不关闭可能会爆显存。

with torch.no_grad():
    # 使用model进行预测的代码
    pass

Pytorch 训练时无用的临时变量可能会越来越多，导致 out of memory ，可以使用下面语句来清理这些不需要的变量。

torch.cuda.empty_cache()

更详细的优化可以查看 优化显存使用 和 显存利用问题。

7、学习率衰减

import torch.optim as optim
from torch.optim import lr_scheduler

# 训练前的初始化
optimizer = optim.Adam(net.parameters(), lr=0.001)
scheduler = lr_scheduler.StepLR(optimizer, 10, 0.1)  # # 每过10个epoch，学习率乘以0.1

# 训练过程中
for n in n_epoch:
    scheduler.step()
    ...

8、冻结某些层的参数

参考：Pytorch 冻结预训练模型的某一层

在加载预训练模型的时候，我们有时想冻结前面几层，使其参数在训练过程中不发生变化。

我们需要先知道每一层的名字，通过如下代码打印：

net = Network()  # 获取自定义网络结构
for name, value in net.named_parameters():
    print('name: 0,\\t grad: 1'.format(name, value.requires_grad))

假设前几层信息如下：

name: cnn.VGG_16.convolution1_1.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution1_1.bias,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution1_2.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution1_2.bias,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_1.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_1.bias,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_2.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_2.bias,	 grad: True

后面的True表示该层的参数可训练，然后我们定义一个要冻结的层的列表：

no_grad = [
    'cnn.VGG_16.convolution1_1.weight',
    'cnn.VGG_16.convolution1_1.bias',
    'cnn.VGG_16.convolution1_2.weight',
    'cnn.VGG_16.convolution1_2.bias'
]

冻结方法如下：

net = Net.CTPN()  # 获取网络结构
for name, value in net.named_parameters():
    if name in no_grad:
        value.requires_grad = False
    else:
        value.requires_grad = True

冻结后我们再打印每层的信息：

name: cnn.VGG_16.convolution1_1.weight,	 grad: False
name: cnn.VGG_16.convolution1_1.bias,	 grad: False
name: cnn.VGG_16.convolution1_2.weight,	 grad: False
name: cnn.VGG_16.convolution1_2.bias,	 grad: False
name: cnn.VGG_16.convolution2_1.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_1.bias,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_2.weight,	 grad: True
name: cnn.VGG_16.convolution2_2.bias,	 grad: True

可以看到前两层的weight和bias的requires_grad都为False，表示它们不可训练。

最后在定义优化器时，只对requires_grad为True的层的参数进行更新。

optimizer = optim.Adam(filter(lambda p: p.requires_grad, net.parameters()), lr=0.01)