动手学深度学习14- pytorch Dropout 实现与原理
针对深度学习中的过拟合问题,通常使用丢弃法(dropout),丢弃法有很多的变体,本文提高的丢弃法特指倒置丢弃法(inverted dorpout)。
方法
在会议多层感知机的图3.3描述了一个单隐藏层的多层感知机。其中输入个数为4,隐藏单元个数为5,且隐藏单元\(h_{i}(1,2,3,4,5)\)的计算表达式为
\(h_{i} = \varphi(x_{1}w_{1i}+x_{2}w_{2i}+x_{1}w_{3i}+x_{1}w_{4i}+b_{i})\)
这个里的\(\varphi\)是激活函数,\(x_{1},x_{2},x_{3},x_{4}是输入,隐层单元i的权重参数为w_{1i},w_{2i},w_{3i},w_{4i},偏置参数为b_{i}\),当对该隐藏层使用丢弃法是,该层的隐藏单元将有一定概率的被丢弃掉。设丢弃的概率为P,那么有p的概率hi会被清零,有1-p的概率hi会除以1-p做拉伸。丢弃概率是丢弃法的超参数。具体来说,设随机变量\(\xi为0和1的概率分别是p和1-p。使用丢弃法时,我们使用计算新的隐藏单元h_{i}^{'}\)
\(h_{i}^{'} = \frac{\xi_{i}}{1-p}h_{i}\)
由于$E(\xi_{i}) = 1-p \(,因此
\)E(\xi_{i}^{'}) = \frac{E(\xi_{i})}{1-p}h_{i} = h_{i}$
丢弃法不改变其输入的期望值。
如图3.5所示,其中,h2和h5被清零,这时输出值的计算不再依赖h2和h5,在反向传播时,与这两个隐藏单元相关的权重的梯度均为0。由于训练汇总隐藏层的神经元丢弃是随机的,即h1,h2,h3,h4,h5都可能被清零,输出层计算无法过度依赖h1,h2,h3..h5中的任一个,从而在训练模型时起到的正则化的作用,可以用来应付过拟合。在测试模型时,我们为了拿到更加确定的结果,一般不适用丢弃法。

从零开始实现
%matplotlib inline
import torch
import torch.nn as nn
import numpy as np
import sys
sys.path.append('..')
import d2lzh_pytorch as d2l
def dropout(X,drop_prob):
X = X.float()
assert 0<=drop_prob<=1
keep_prob = 1-drop_prob
if keep_prob==0:
return torch.torch.zeros_like(X)
mask = (torch.rand(X.shape)<keep_prob).float()
# 均匀分布的的张量,torch.rand(*sizes,out=None) → Tensor
# 返回一个张量,包含了从区间(0,1)的均匀分布中随机抽取的一组随机数。
#print(mask)
return mask * X / keep_prob
X = torch.arange(16).view(2,8)
dropout(X,0)
tensor([[ 0., 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7.],
[ 8., 9., 10., 11., 12., 13., 14., 15.]])
dropout(X,0.5)
tensor([[ 0., 0., 0., 0., 0., 10., 0., 14.],
[16., 18., 0., 0., 0., 26., 28., 30.]])
dropout(X,1)
tensor([[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.],
[0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0.]])
定义模型参数
num_inputs,num_outputs, num_hidden1,num_hidden2 = 784,10,256,256
W1 = torch.tensor(np.random.normal(0,0.01,size=(num_inputs,num_hidden1)),dtype =torch.float32,requires_grad=True )
b1 = torch.zeros(num_hidden1,requires_grad=True)
W2 = torch.tensor(np.random.normal(0,0.01,size=(num_hidden1,num_hidden2)),dtype =torch.float32,requires_grad=True )
b2 = torch.zeros(num_hidden2,requires_grad=True)
W3 = torch.tensor(np.random.normal(0,0.01,size=(num_hidden2,num_outputs)),dtype =torch.float32,requires_grad=True )
b3 = torch.zeros(num_outputs,requires_grad=True)
params = [W1,b1,W2,b2,W3,b3]
网络
drop_prob1,drop_prob2 = 0.2,0.5
def net(X,is_training=True):
X = X.view(-1,num_inputs)
H1 = (torch.matmul(X,W1)+b1).relu()
if is_training:
H1 = dropout(H1,drop_prob1)
H2 = (torch.matmul(H1,W2)+b2).relu()
if is_training:
H2 = dropout(H2,drop_prob2)
return torch.matmul(H2,W3)+b3
评估函数
def evaluate_accuracy(data_iter,net):
acc_sum ,n = 0.0,0
for X,y in data_iter:
if isinstance(net,torch.nn.Module): #如果是torch.nn里简洁的实现的模型
net.eval() # 评估模式,这时会关闭Dropout
acc_sum+=(net(X).argmax(dim=1)==y).float().sum().item()
net.train() # 改回训练模式
else: # 自己定义的模型
if ('is_training' in net.__code__.co_varnames): # 如果有训练这个参数
# 将is_training 设置为False
acc_sum +=(net(X,is_training=False).argmax(dim=1)==y).float().sum().item()
else:
acc_sum+=(net(X),argmax(dim=1)==y).float().sum().item()
n+= y.shape[0]
return acc_sum/n
优化方法
def sgd(params,lr,batch_size):
for param in params:
# param.data -=lr* param.grad/batch_size
param.data-= lr* param.grad # 计算loss使用的是pytorch的交叉熵
# 这个梯度可以不用除以batch_size,pytorch 在计算loss的时候已经除过一次了,
定义损失函数
loss = torch.nn.CrossEntropyLoss()
数据提取与训练评估
num_epochs,lr,batch_size=15,0.3,256
batch_size = 256
train_iter,test_iter = d2l.get_fahsion_mnist(batch_size)
def train_ch3(net, train_iter, test_iter, loss, num_epochs, batch_size,
params=None, lr=None, optimizer=None):
for epoch in range(num_epochs):
train_l_sum, train_acc_sum, n = 0.0, 0.0, 0
for X, y in train_iter:
y_hat = net(X)
l = loss(y_hat, y).sum()
# 梯度清零
if optimizer is not None:
optimizer.zero_grad()
elif params is not None and params[0].grad is not None:
for param in params:
param.grad.data.zero_()
l.backward()
if optimizer is None:
sgd(params, lr, batch_size)
else:
optimizer.step() # “softmax回归的简洁实现”一节将用到
train_l_sum += l.item()
train_acc_sum += (y_hat.argmax(dim=1) == y).sum().item()
n += y.shape[0]
test_acc = evaluate_accuracy(test_iter, net)
print('epoch %d, loss %.4f, train acc %.3f, test acc %.3f'
% (epoch + 1, train_l_sum / n, train_acc_sum / n, test_acc))
train_ch3(net,train_iter,test_iter,loss,num_epochs,batch_size,params,lr)
epoch 1, loss 0.0049, train acc 0.513, test acc 0.693
epoch 2, loss 0.0024, train acc 0.776, test acc 0.781
epoch 3, loss 0.0020, train acc 0.818, test acc 0.780
epoch 4, loss 0.0018, train acc 0.835, test acc 0.846
epoch 5, loss 0.0017, train acc 0.846, test acc 0.843
epoch 6, loss 0.0016, train acc 0.855, test acc 0.843
epoch 7, loss 0.0015, train acc 0.861, test acc 0.843
epoch 8, loss 0.0015, train acc 0.863, test acc 0.855
epoch 9, loss 0.0014, train acc 0.870, test acc 0.861
epoch 10, loss 0.0014, train acc 0.872, test acc 0.845
epoch 11, loss 0.0013, train acc 0.874, test acc 0.853
epoch 12, loss 0.0013, train acc 0.878, test acc 0.848
epoch 13, loss 0.0013, train acc 0.880, test acc 0.859
epoch 14, loss 0.0013, train acc 0.882, test acc 0.858
epoch 15, loss 0.0012, train acc 0.885, test acc 0.863
pytorch简洁实现
net = nn.Sequential(
d2l.FlattenLayer(),
nn.Linear(num_inputs,num_hidden1),
nn.ReLU(),
nn.Dropout(drop_prob1),
nn.Linear(num_hidden1,num_hidden2),
nn.ReLU(),
nn.Dropout(drop_prob2),
nn.Linear(num_hidden2,num_outputs)
)
for param in net.parameters():
nn.init.normal_(param,mean=0,std=0.01)
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(),lr=0.3)
train_ch3(net,train_iter,test_iter,loss,num_epochs,batch_size,None,None,optimizer)
epoch 1, loss 0.0048, train acc 0.525, test acc 0.725
epoch 2, loss 0.0024, train acc 0.779, test acc 0.787
epoch 3, loss 0.0020, train acc 0.818, test acc 0.771
epoch 4, loss 0.0018, train acc 0.836, test acc 0.834
epoch 5, loss 0.0017, train acc 0.847, test acc 0.848
epoch 6, loss 0.0016, train acc 0.855, test acc 0.855
epoch 7, loss 0.0015, train acc 0.859, test acc 0.850
epoch 8, loss 0.0014, train acc 0.863, test acc 0.853
epoch 9, loss 0.0014, train acc 0.868, test acc 0.848
epoch 10, loss 0.0014, train acc 0.872, test acc 0.837
epoch 11, loss 0.0013, train acc 0.876, test acc 0.849
epoch 12, loss 0.0013, train acc 0.879, test acc 0.872
epoch 13, loss 0.0013, train acc 0.880, test acc 0.847
epoch 14, loss 0.0013, train acc 0.883, test acc 0.862
epoch 15, loss 0.0012, train acc 0.886, test acc 0.865
小结
- 可以使用Dropout应对过拟合
- 丢弃法只能在训练模型时使用
动手学深度学习14- pytorch Dropout 实现与原理的更多相关文章
- 小白学习之pytorch框架(2)-动手学深度学习(begin-random.shuffle()、torch.index_select()、nn.Module、nn.Sequential())
在这向大家推荐一本书-花书-动手学深度学习pytorch版,原书用的深度学习框架是MXNet,这个框架经过Gluon重新再封装,使用风格非常接近pytorch,但是由于pytorch越来越火,个人又比 ...
- 对比《动手学深度学习》 PDF代码+《神经网络与深度学习 》PDF
随着AlphaGo与李世石大战的落幕,人工智能成为话题焦点.AlphaGo背后的工作原理"深度学习"也跳入大众的视野.什么是深度学习,什么是神经网络,为何一段程序在精密的围棋大赛中 ...
- 【动手学深度学习】Jupyter notebook中 import mxnet出错
问题描述 打开d2l-zh目录,使用jupyter notebook打开文件运行,import mxnet 出现无法导入mxnet模块的问题, 但是命令行运行是可以导入mxnet模块的. 原因: 激活 ...
- 动手学深度学习9-多层感知机pytorch
多层感知机 隐藏层 激活函数 小结 多层感知机 之前已经介绍过了线性回归和softmax回归在内的单层神经网络,然后深度学习主要学习多层模型,后续将以多层感知机(multilayer percetro ...
- 动手学深度学习6-认识Fashion_MNIST图像数据集
获取数据集 读取小批量样本 小结 本节将使用torchvision包,它是服务于pytorch深度学习框架的,主要用来构建计算机视觉模型. torchvision主要由以下几个部分构成: torchv ...
- 动手学深度学习1- pytorch初学
pytorch 初学 Tensors 创建空的tensor 创建随机的一个随机数矩阵 创建0元素的矩阵 直接从已经数据创建tensor 创建新的矩阵 计算操作 加法操作 转化形状 tensor 与nu ...
- 《动手学深度学习》系列笔记—— 1.2 Softmax回归与分类模型
目录 softmax的基本概念 交叉熵损失函数 模型训练和预测 获取Fashion-MNIST训练集和读取数据 get dataset softmax从零开始的实现 获取训练集数据和测试集数据 模型参 ...
- 动手学深度学习4-线性回归的pytorch简洁实现
导入同样导入之前的包或者模块 生成数据集 通过pytorch读取数据 定义模型 初始化模型 定义损失函数 定义优化算法 训练模型 小结 本节利用pytorch中的模块,生成一个更加简洁的代码来实现同样 ...
- 动手学深度学习11- 多层感知机pytorch简洁实现
多层感知机的简洁实现 定义模型 读取数据并训练数据 损失函数 定义优化算法 小结 多层感知机的简洁实现 import torch from torch import nn from torch.nn ...
随机推荐
- CSS修改选中文本颜色与背景色
壹 ❀ 引 在做博客美化的时候,想着去修改文本选中的背景色,因为网页默认是蓝底白字,看着与自己博客整体配色不太搭配,所以想着去改改. 贰 ❀ ::selection 解决方案其实很简单,使用css ...
- 11-scrapy(递归解析,post请求,日志等级,请求传参)
一.递归解析: 需求:将投诉_阳光热线问政平台中的投诉标题和状态网友以及时间爬取下来永久储存在数据库中 url:http://wz.sun0769.com/index.php/question/que ...
- Protractor - 环境设置
去年出于好奇搭建过一个Protractor+Cucumber的测试框架,当时项目上并没有用到AngularJS,所以框架能运行起来之后没有再深入了.最近新项目引入了AngularJS,想起去年搭的那个 ...
- [Ljava.lang.String是一个字符串数组的字节码表示
打印一个字符串数组的话,会发现 String[] arr = new String[10]; // String[] arr = {"yanggb", "huangq&q ...
- Linux 内存释放
简介 linux 内存释放通过如下命令,将cache与buff根据环境进行释放操作,避免重启释放内存. 操作 1.将内存中buff数据保存磁盘 sync 2.清理cache与buff缓存 echo 3 ...
- vs未能正确加载CSharpPackage包,未能正确加载“Microsoft.VisualStudio.Editor.Implementation.EditorPackage”包
VS2017打开项目时提示未能正确加载CSharpPackage包, 可以使用 devenv命令工具来解决,操作如下 打开vs2017开发人员命令提示符(请使用管理员身份运行),如图 敲入 deve ...
- SSM(七)在JavaWeb应用中使用Redis
前言 先来看一张效果图: 作用就是在每次查询接口的时候首先判断Redis中是否有缓存,有的话就读取,没有就查询数据库并保存到Redis中,下次再查询的话就会直接从缓存中读取了.Redis中的结果:之后 ...
- Redis哨兵模式大key优化
目前,Redis哨兵模式,内存资源有限,有很多key大于500M,性能待优化.需要迁移至Redis-cluster集群中. 涉及到的key如下: 0,hash,duser_record, ...
- django支付宝支付集成
概要 本文是关于django集成支付宝[电脑网站支付]功能的过程记录. 功能逻辑主要分为两块: 用户下单跳转至支付宝支付界面 支付成功的回调验证 本文用到的alipay-sdk是基于阿里开发文档htt ...
- Android native进程间通信实例-binder篇之——解决实际问题inputreader内建类清楚缓存
我在实际开发中,遇到一个问题,在电容屏驱动中没有发送input_sync 给上层,导致电容屏有的数据缓存在inputreader 中,会导致系统一系列奇怪问题发生, 至于为什么驱动不发送input_s ...