深度学习模型训练的过程理解(训练集、验证集、测试集、batch、iteration、epoch、单步预测、多步预测、kernels、学习率)

呜呜呜呜，感谢大佬学弟给我讲干货.

本来是讨论项目的，后面就跑偏讲论文模型了.

解答了我一直以来的疑问：

数据放模型里训练的过程.

假设我们有一个数据集26304条数据，假设设置模型读入1000条，如果不设置，就是把数据集里的26304条数据全都读进去。

parser.add_argument("--n-rows", default=10000, help="number of rows for experiments", type=int)

就是这一条代码，超参数里面，如果有这个就是设置读多少条数据。

 举例这个数据集，这个数据集里有3个特征，MT_001、MT_002、MT_003这3个特征，假设我们读1000条数据。
按照训练集/验证集/测试集=6/2/2来划分。
那么我们训练的就是600条数据。
现在假设是单步预测，以10步预测1步，就是10条预测1条。

那么就是这样算一坨，就是数据集里的2-11行是train，第12行是标签labels。
就是这样，整个训练集就可以划分成60个这种东西，就是60坨，每一坨里面是10个train和1个labels，训练的时候就是用这10个train来训练，努力得到这1个labels。
所以现在的数据的样子就是(60,10,3)就是60块，每一块里面是10条，每一条里面是3个特征。OK
 
接下来就是batch的理解。
如果batch不设置，模型就是把这60坨(块)都一次性读进去然后整体跑一遍之后再得出训练的梯度之类的东西，
如果设置batch=8，那么就是我们的模型每次就只放8坨(块)读进去，然后整体跑一遍，然后再把下一个8坨读进去整体跑一遍，然后一直跑7遍，最后发现60/8只能跑7次还多出来4个，所以最后这4坨再读进去跑一遍。这就是batch的作用。就是前7次读进去的都是(8,10,3)，最后1次读进去的是(4,10,3)。
batch size是每批样本的大小，即每次训练在训练集中取batch_size个样本进行训练。在这里就是10。
 
接下来是itera的理解。
1个iteration等于使用batch size个样本训练一次。一个迭代=一个正向通过+一个反向通过。训练一个batch就是一次iteration。就是8坨放进去跑1次就是1个iteration。

iteration=数据集大小/batch_size，在这里就是600/10=60个。

接下来是epoch的理解。
epoch就相当于在batch外面再设置一个循环，相当于跑7.4之后算一个epoch，如果我们epoch=50，那就是每一次都是7次10+1次4跑1次，这算1个epoch，然后一直循环跑50次，

1个epoch等于使用训练集中的全部样本训练一次，所有训练样本在神经网络中都进行了一次正向传播和一次反向传播。(在这里全部样本就是600条)

举个例子就是两个for循环：

for    epoch=50{
    for    batch=8{
        600条数据分为10条一坨；
    }
}

接下来是放到训练模型里运行的过程。

假设我们训练模型是有5层Linear

那就是(8,10,3)这样的数据形状放进去跑过这5个Linear层，这算一次，然后就是这样一直循环，epoch=50里面batch=8然后再里面是每一个batch跑5层Linear。

那么是怎么逐步优化训练的呢？就是通过loss，我们的数据(8,10,3)放进去训练学习后，通过一系列矩阵变换，最后把矩阵压扁之后就得到(8,3)得到的这个(8,3)是predict的，再和labels的实际的那个3做处理，用实际的labels-predict然后再除数量(这个就是loss函数的公式)然后得到loss值，然后梯度再返回去这种逐渐调整优化的过程。

用这个运行结果举例，每一次epoch都会有一个loss值，我们就是看这个loss值，如果loss值一直是减小下降的，那就说明结果越来越好，如果是先下降再上升，比如从0.5降到0.1，然后又从0.1升到了0.3，那就说明局部震荡，这个时候就要去调整超参数或者是优化模型结构。

接下来是IMS和DMS的理解。

IMS 机制主要是训练一个单步预测模型，迭代的将模型产生的预测数据作为模型的输入再读进去，DMS是只用数据集的数据作为输入。

然后就是单步预测和多步预测。

单步预测就是train10条，labels1条。

多步预测就是train10条，labels多条，如果是10步预测3步，那labels就是3条。

 接下来就是验证集和测试集的理解。

我们的验证集是200条，测试集也是200条。

我们训练以后的模型之后有一个save_model的操作，这就是把训练好的模型保存下来。

验证就是调用这个保存下来的模型，把这200条数据放进去，验证一下模型的泛化能力如何，在这里用的MSE/MAE等公式进行验证。

验证就只是验证的作用，不会调整优化模型，就是把模型没见过的数据放进来，看看模型在面对没见过的数据时的表现能力如何，结果出来也是(8,3)这种数据形状，如果发现能力不行，那就要重新去调整训练模型的结果或者调整训练模型的超参数，重新训练模型。

一句话，验证集只是验证的。

一个问题：有的模型好像没有用到验证集哦，据大佬说，好像是无监督的模型不用验证集。

就是在验证这一部分才会有什么平均误差啊，什么balabala之类的。

举个例子：

上面是epoch完之后，下面才是出来mae这些结果的。

测试集的话，好像就是可视化用的，就是画图表显示效果时用的，就是最终的学习好坏通过期末考试得到的。

验证集和测试集的数据都是训练时模型没见过的。

接下来就是神奇的问题，模型是怎么训练最后得到想要的东西。

比如上面这个，假设我的模型有个Linear，里面的矩阵形状是(3,1)，我(8,10,3)的数据进去之后，得到了(8,10,1)的数据形状，在经过矩阵变化变成(8,10)然后我再经过一个Linear之后，比如是(10,3)，那么我的数据形状就变成了(8,3)就是这样。这样最后就是3个特征的结果。

一个小细节，这里面的变化只和超参数10有关，这个10就是batch_size，其实这个10就是窗口size，就是滑窗的大小。如果模型效果不好，调整滑窗大小或者是batch_size其实是有效果的。

就是数据进入模型之后，经过一系列各种矩阵变换操作，最后softmax之后得到想要的结果。

比如我输入数字的图像，最后看是0-9里的哪个数字，那就是这个图像放进去之后经过一系列矩阵变化操作之后，最后在经过一个(X,10)的变化，最后得到一个10的分布结果，比如发现7对应的结果最大，那这个图像很大可能就是7。

比如我输入一个数字的图像，我判断这个图像的数字是大于5还是小于5的，当然我的标签如果大于5给的是1，小于5给的是0，数据经过模型后一系列矩阵操作，最后有一个(X,2)的矩阵变化，得到2个结果，如果是0那就是小于5，如果是1那就是大于5。

可能还有一个问题，如果我判断这个图像数字是大于7还是小于7呢，那就是去改数据的标签，大于7设置1，小于7设置0，这就是去改数据。

还有的比如说是训练一个预测模型，然后再用这个预测模型进行下一步的操作，比如这个预测模型就是训练学习一个预测函数，这就是回归问题，上面那个判断是大于5还是小于5的就是分类问题。回归问题就是学习一个函数，然后再把数据输入到这个函数中看结果，然后再验证测试。

接下来是kernels核的理解。

比如时序预测中的季节趋势，怎么得到这个季节趋势的？春夏秋冬4个趋势，比如kernels=1，那么就是1天，那么每次都是1天是看不出来季节趋势的。如果kernels=90，就是90天，360/4=90，那么就是一个季度的，如果再扩大kernels=180，kernels=360，范围越来越大，就能学习到。春天是上升的，夏天是上升到最高值，秋天是下降的，冬天是下降到最低值的。就是这样，具体的kernels的实现，是封装好的，不了解。

接下来是学习率的理解。

比如有的模型里面有学习率这个东西。

parser.add_argument('--lr', type=float, default=0.001, help='The learning rate (defaults to 0.001)')

这个好像就是和动量有关系，可以改善陷入局部最优的问题，梯度下降中用到的东西。

大概就是这些，其他的就想不起来了。

开溜，吃晚饭去了。