一 简述
1.神经网络简述（以图片为例）
对于和给定的一张猫的图片，相当于一个激励，在每个神经网络层中有部分的神经元被激活（发），最后会得出一个结果，比如是狗，知道是错的，再反向传（感觉用词不太准确），之前被激发的神经元不会像之前那么活跃，但同时会有新的神经元被激活，其实相当于修改参数，多次重复后，就会得到一个比较完美的结果，识别为猫。
2.神经网络：梯度下降（向着梯度降低最快的方向走到梯度最小的地方）
优化问题：Newton's method , Least Squares method ,GradientDesent
全部最优，局部最优，与起点位置有关系
3.PyTorch(动态图)
边建数据边建流程图
优点以及安装详见
第二部分
1.Numpy 和 Torch 对比
numpy 矩阵计算 pytorch是tensor（张量）的形式，可以等同于神经网络里的numpy
（1）tensor 和 numpy 的转换
（2）各种运算（详见官网 https://pytorch.org/docs/stable/torch.html 全）
[1]abs绝对值
[2]mean 均值（直接换后面的函数.sin,.cos 都可以 ）
2.Variable变量
详见
Variable变量是将tensor中的数据来搭建图的，当requires_grad = True 时，对梯度进行跟踪，这样当计算误差时即可按所建的图反向走回去，不断减小误差，从而进行更好的拟合。
3.激励函数
详见 （源代码有错的地方）
激活函数的选择：一般的层比较少的，可以随便选；卷积神经网络：relu；循环神经网络：relu,tanh
第三部分
1.回归函数
Net有重复定义，删掉就好，它是对上面的print的一个输出;以及有个range写成了xrange
[1] torch.unsqueeze(torch.linespace(-1,1,100),dim=1)
作用：把一维数据变成二维，torch只能处理二维的数据 比如：[1,2,3,4]--->[[1,2,3,4]]
[2] plt.scatter 作用：画散点图
官方模块
# 定义pytorch网络
class Net(torch.nn.Module):
def __init__(self, n_features, n_hidden, n_output): #搭建层所需要的信息 super(Net, self).__init__() self.hidden = torch.nn.Linear(n_features, n_hidden) self.predict = torch.nn.Linear(n_hidden, n_output)
def forward(self, x): #前向传递的过程 x = F.relu(self.hidden(x)) y = self.predict(x) return y
# 构建网络
net = Net(1, 10, 1) #1：一个x对应一个值 10：有10个隐藏层 1：和x对应的一个输出y
#print (net)
# 选择优化方法
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr = 0.5) #0.5学习率<1 有的时候太大也不好
# 选择损失函数
loss_func = torch.nn.MSELoss()#用均方差处理回归问题
plt.ion() #实时打印
# 训练
for i in range(100): #训练100步
# 对x进行预测
prediction = net(x)
# 计算损失
loss = loss_func(prediction, y)
# 每次迭代清空上一次的梯度
optimizer.zero_grad() #优化神经网络中的参数，将他们的梯度初始化为0
# 反向传播
loss.backward()
# 更新梯度
optimizer.step()
if i % 5 == 0: #每五步打印一次
plt.cla()
plt.scatter(x.data.numpy(), y.data.numpy())
plt.plot(x.data.numpy(), prediction.data.numpy(), 'r-', lw = 5)
plt.text(0.5, 0, 'Loss=%.4f' % loss.data[0], fontdict={'size': 10, 'color': 'red'})
plt.pause(0.1)
plt.ioff()
plt.show()2.回归问题
详见
# 定义网络
net = Net( 2, 10,2)
#2：输入点的坐标有两个参数横纵 10：10个神经元 2：两个输出 0/1
#二分类 [0,1]默认为1类 [1,0]默认为 class0定义损失函数
loss_func = torch.nn.CrossEntropyLoss() #计算概率
#对于三分类的问题 可能输出[0.1,0.2,0.7]=1 那么该点可能为第三类3.快速搭建法
详见
net = torch.nn.Sequential(
torch.nn.Linear(2, 10),
torch.nn.ReLU(),
torch.nn.Linear(10, 2))4.保存和提取
推荐保存网络参数
5.批训练
对于大批量数据，可拆分成小批量进行训练，
在pycharm中复制源码有错误，但是在 jupyter notebook中结果是对的
batch_size = 5 shuffle = True
shuffle = False
这乱七八糟的结果有什么用 emmmm 等我懂了再补上
6.加速神经网络训练
对于复杂的神经网络，处理数据，训练想让他快起来，就要使用以下方法
SGD,Momentum,NAG,Adagrad,Adadelte,Rmsprop
（1）最基础的是SGD（stochastic gradient descent）（是几个方法中最慢的）
缺点：虽然不能整体很好的反映，但是小批量的训练误差不会太大，也不会丢失太大的准确率，并且速度加快很多
（2）其他方法主要是在神经网络更新参数上做了手脚
[1] Momentum （提供下坡）
W += -Learning rate * dx （dx 校正值）
数学表达式：m = b1*m - Learning rate *dx
W += m
[2] AdaGrad （一双不好走的鞋，直着向下）
[3] RMSProp
[4] Adam（大多数时候使用该方法可以很好的收敛）
7.优化器
对上述几种方法的性能比较
第四部分 卷积神经网络
应用：图像识别，视频分析，自然语言处理
1.卷积神经网络的运作（以图片为例）
卷积：不是对单独像素区域做处理，而是对于图像的每一小块像素区域做处理，这样加强了图片信息的连续性，使得神经网络可以看到图形而不是单独的一个点，同时加强了神经网络对图片的理解。
总的来说卷积神经网络有一个批量过滤器，持续不断地在图像上滚动收集信息，每次收集来的信息只是一小块区域的信息，把收集来的信息进行整理，这时候神经网络可以看到一些边缘图像信息，然后再以同样的步骤用类似的批量过滤器扫过已经得到的边缘信息，总结出更高层的结构，可能这个时候就能画出眼睛鼻子等，再经过一次过滤，脸部信息就会被总结出来，最后再将这些信息套入几个简单的全连接层进行分类，这样就能得到输入的图片被分为哪一类了。
图片是有长宽高的，高指的是颜色信息，过滤器不断地扫描像素块收集信息，即每一次的卷积，会将长宽压缩，增加高度，经过不断卷积，长宽不断减小，高度不断增加，这样就对图像有了更深的理解，嵌在普通神经层上就可以分类了。
研究发现，每次卷积时，神经层会无意的丢失一些边缘信息，这时Pooling 可以很好的解决这个问题，卷积时不压缩长宽，尽量保留信息，压缩的工作就交给迟化Pooling,这样可以很有效的提高准确率，这样就可以搭建自己的神经网络了。
针对图像分类的卷积神经网络的基本搭建过程（从下到上）
2.CNN卷积神经网络
import torch
import torchvision
import torch.nn as nn
import torch.utils.data as Data
import matplotlib.pyplot as plt
from torch.autograd import Variable
# 超参数定义
# EPOCH = 1 #定义太大的话CPU计算时间会太长 train the training data n times
LR = 0.01
BATCH_SIZE = 50
DOWNLOAD_MNIST = False #没下载好的时候是True 下载好了改成 False
# 下载MNIST数据集
train_data = torchvision.datasets.MNIST(
root = './mnist/',
# 是否是训练数据
train = True,
# 数据变换(0, 255) -> (0, 1) 把下载的数据改成TENSOR
transform = torchvision.transforms.ToTensor(),
# 是否下载MNIST数据
download = DOWNLOAD_MNIST
)
test_data = torchvision.datasets.MNIST(
root = './mnist/',
# 是否是训练数据
train = False,
# 数据变换(0, 255) -> (0, 1)
transform = torchvision.transforms.ToTensor(),
# 是否下载MNIST数据
download = DOWNLOAD_MNIST
)
# 查看图像
plt.imshow(train_data.train_data[0].numpy(), cmap = 'gray')
plt.title('%i' % train_data.train_labels[0])
plt.show()
plt.imshow(test_data.test_data[0].numpy(), cmap = 'gray')
plt.title('%i' % test_data.test_labels[0])
plt.show()
# 数据加载
train_loader = Data.DataLoader(dataset = train_data, batch_size = BATCH_SIZE, shuffle = True, num_workers = 2)
#test_x = Variable(torch.unsqueeze(test_data.test_data,dim=1),volatile=True).type(torch.FloatTensor)[:2000]/255.
#test_y = test_data.test_lable[:2000] #测试只取了前两千个 为了节省时间 这里和莫烦视频里的不一样
test_loader = Data.DataLoader(dataset = test_data, batch_size = BATCH_SIZE, shuffle = False, num_workers = 1)
# 定义卷积神经网络 （重点）
class CNN(nn.Module):
def __init__(self):
super(CNN, self).__init__()
self.conv1 = nn.Sequential( #卷积层
nn.Conv2d( #(1,28,28) #卷积层相当于一个三维过滤器(有高度)(高度用来提取的特征属性)
in_channels = 1, #图片有多少个层 黑白图：1层 彩图:RGB 3层
out_channels = 16, #16个过滤器 同时提取16个特征
kernel_size = 5, #过滤器的大小 5*5
stride = 1, #每隔一步跳一下
padding = 2 #扫到边缘过滤器超出范围时，多加一圈为0的信息
#padding 的值的计算 if stride=1,padding=(kernel_size-1)/2=(5-1)/2=2
),#-->(16,28,28)
nn.ReLU(), #-->(16,28,28) #神经网络
nn.MaxPool2d(kernel_size = 2)#池化层
#-->(16,14,14) #使用了一个2*2的过滤器，选择2*2区域中的最大值，相当于把原始图片裁剪了一下，
#换成长宽变小，高度不变
)
# conv1输出为(16, 14, 14)
self.conv2 = nn.Sequential(
nn.Conv2d(16, 32, 5, 1, 2), #-->(32,14,14)
nn.ReLU(), #-->(32,14,14)
nn.MaxPool2d(2) #-->(32,7,7)
#Pooling 有两种MaxPool2d,AvgPool2d(平均值) 一般选MAX的
)
# conv2输出为(32, 7, 7)
self.output = nn.Linear(32 * 7 * 7, 10)
def forward(self, x):
x = self.conv1(x)
x = self.conv2(x) #(batch,32,7,7) 考虑了batch
x = x.view(x.size(0), -1) #(batch,32*7*7)
prediction = self.output(x) #这样就有了上面的参数值
return prediction
cnn = CNN()
print (cnn)
# 定义优化器
optimizer = torch.optim.Adam(cnn.parameters(), lr = LR, betas= (0.9, 0.999))
# 定义损失函数
loss_func = nn.CrossEntropyLoss()
# 训练
for epoch in range(EPOCH):
for step, (x, y) in enumerate(train_loader):
x_var = Variable(x)
y_var = Variable(y)
prediction = cnn(x_var)
loss = loss_func(prediction, y_var)
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
optimizer.step()
if step % 50 == 0: #这里出现了一些问题，编译不过，这部分和视频里的也不一样，不会改了，有大神的话，可以改改，评论一下告诉大家哪里错了
correct = 0.0
for step_test, (test_x, test_y) in enumerate(test_loader):
test_x = Variable(test_x)
test_output = cnn(test_x)
pred_y = torch.max(test_output, 1)[1].data.squeeze()
correct += sum(pred_y == test_y)
accuracy = correct / test_data.test_data.size(0)
print ('Epoch: ', epoch, '| train loss: %.4f' % loss.data[0], '| accuracy: ', accuracy)结果输出：计算一下有百分之多少的图片预测对了
最后的话也可以放前10个测试数据进去，看预测结果对不对
#print 10 predictions from test data
test_output = cnn(test_x[:10])
pred_y = torch.max(test_output,1)[1].data.numpy().squeeze()
print(pred_y,'prediction number')
print(test_y[:10].numpy(),'real number')
