神经网络自编码器神经网络自动生成

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mob64ca141834d3 2023-08-10 09:52:21

文章标签 神经网络自编码器神经网络数据损失函数 文章分类 神经网络人工智能

实现简单神经网络

1. 神经网络基本介绍
2. Autograd包
3. 实现神经网络

3.1 定义神经网络与训练流程
3.2 运行神经网络与计算损失
3.3 反向传递与权值更新
3.4 神经网络中损失函数的用途

1. 神经网络基本介绍

神经网络包括输入层、隐藏层以及输出层。设计神经网络时，输入和输出的神经元数量是固定的，中间层的层数以及神经元数量可以自由指定。

神经网络自编码器神经网络自动生成_损失函数

在神经网络中输入层的数据经过每一个神经元的计算后就变成了了输出值。神经网络的中间层越多，神经元数量越多，功能越强大，同时所需要的的计算资源越大。比如下图是经典的AlexNet模型有8个中间层、65万个神经元、6000万个参数。

神经网络自编码器神经网络自动生成_数据_02

2. Autograd包

PyTorch的核心部分就是Autograd的包，它完成了所有的梯度计算与反向传递的过程。在Autograd下，反向传递(backprop)代码是自动定义的。有以下几点需要注意：

.requires_grad: 在Tensor上设定.requires_grad = true后，Autograd会自动追踪与该tensor有关的运算。
.backward()：所有运算完成后，执行.backward()，Autograd会自动计算梯度并执行反向传递。
.grad: 用来访问梯度
with torch.no_grad(): 自动忽略梯度。

3. 实现神经网络

神经网络的训练过程分为以下几个部分：定义神经网络、迭代输入数据、神经网络计算输出、计算损失、反向传递回到网络的参数以及更新网络的权重。
Autograd实现了反向传播功能，但是直接用来写深度学习的代码在很多情况下是比较复杂的。torch.nn是专门为神经网络设计的模块接口。nn构建于Autograd之上，可以用来定义和运行神经网络。nn.Module是nn中最重要的类，可以把它看做一个网络的封装，包含网络各层定义以及forward方法，调用forward方法，可以返回前向传播的结果。

3.1 定义神经网络与训练流程

定义神经网络和训练流程的代码如下所示：

# 导入torch包
import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

# 定义神经网络类
class Net(nn.Module):
	#定义神经网络结构, 输入数据 1x32x32
    def __init__(self): 
        super(Net, self).__init__()
        # 第一层（卷积层）
        # 输入频道1， 输出频道6， 卷积3x3
        self.conv1 = nn.Conv2d(1,6,3) 
        # 第二层（卷积层）
        # 输入频道6， 输出频道16， 卷积3x3
        self.conv2 = nn.Conv2d(6,16,3) 
        # 第三层（全连接层）
        # 输入维度16x28x28=12544，输出维度 512
        self.fc1 = nn.Linear(16*28*28, 512) 
        # 第四层（全连接层）
        # 输入维度512， 输出维度64
        self.fc2 = nn.Linear(512, 64) 
        # 第五层（全连接层）
        # 输入维度64， 输出维度2
        self.fc3 = nn.Linear(64, 2) 
        
    # 定义数据流向
    def forward(self, x): 
    	# 数据先经过第一层卷积层
        x = self.conv1(x)
        # 经过激活函数
        x = F.relu(x)
        
        # 数据经过第二层卷积层
        x = self.conv2(x)
        # 经过激活函数
        x = F.relu(x)
        
        # 调整数据维度，‘-1’表示自动计算维度
        x = x.view(-1, 16*28*28)
        # 数据经过第三层全连接层
        x = self.fc1(x)
        # 数据经过激活函数
        x = F.relu(x)
        
         # 数据经过第四层全连接层
        x = self.fc2(x)
        # 数据经过激活函数
        x = F.relu(x)
        
        # 数据经过第五层全连接层，输出结果
        x = self.fc3(x)
        
        return x

3.2 运行神经网络与计算损失

运行神经网络与计算损失的代码为：

# 新建新的网络net
net = Net()

#生成随机输入
input_data = torch.randn(1,1,32,32) 

# 随机生成真实值(标签)
target = torch.randn(2)
target = target.view(1,-1)

# 运行神经网络，out为输出结果
out = net(input_data)

# 定义损失函数，绝对误差平均值
criterion = nn.L1Loss() 
# 计算损失
loss = criterion(out, target)

3.3 反向传递与权值更新

# 反向传递
net.zero_grad() #清零梯度
loss.backward() #自动计算梯度、反向传递

# 权值优化与更新
import torch.optim as optim

# 优化器为SGD，随机梯度下降，学习率lr=0.01
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01)
# 更新权重
optimizer.step()

# 再次运行网络（这次是权重更新之后的网络参数）
out = net(input_data)