目錄

1.神經網絡訓練過程

2、基礎概念

3、數據預處理手段

4、數據處理庫

5、訓練集、測試集，測試集

5、損失函數

6、優化器

7、激活函數

8、hello world

9、總結

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1、再不入坑就晚了，從零學pytorch，一步一步環境搭建

今天是第一篇文章，希望自己能堅持，加油。

深度神經網絡就是用一組函數去逼近原函數，訓練的過程就是尋找參數的過程。

1.神經網絡訓練過程

神經網絡的訓練過程如下：

• 收集數據，整理數據

• 實現神經網絡用于擬合目標函數

• 做一個真實值和目標函數值直接估計誤差的損失函數，一般選擇既定的損失函數

• 用損失函數值前向輸入值求導，

• 再根據導數的反方向去更新網絡參數(x),目的是讓損失函數值最終為0.，最終生成模型

各層概念解釋

• 輸入層：就是參數輸入

• 輸出層：就是最后的輸出

• 隱藏層（隱含層）：除去其他兩層之外的層都可以叫隱藏層

?模型是什么：

• 模型包含兩部分，一部分是神經網絡的結構，一部分是各個參數，最后訓練的成果就是這個

2、基礎概念

1、數學知識

1.1導數

導數在大學的時候還是學過的，雖然概念很簡單，但是過了這么多年幾乎也都忘了，連數學符號都不記得了，在復習之后才理解：就是表示數據變化的快慢，是變化率的概念，比如重力加速度，表示你自由落體之后每秒速度的增量。

數學公式是：

不重要，看不看的懂都行，因為在后面的學習中也不會讓你手動求導，框架里都有現成的函數

1.2 梯度

梯度的本意是一個向量（矢量），表示某一函數在該點處的方向導數沿著該方向取得最大值，即函數在該點處沿著該方向（此梯度的方向）變化最快，變化率最大（為該梯度的模）

梯度：是一個矢量，其方向上的方向導數最大，其大小正好是此最大方向導數。

2、前向傳播和反向傳播

前向傳播就是前向調用，正常的函數調用鏈而已，沒什么特別的，破概念搞得神神秘秘的

比如

def?a(input):????return?ydef?b(input):????return?y2# 前向傳播def?forward(input):????y?=?a(input)????y2?=?b(y)

反向傳播

反向傳播就是根據誤差和學習率，將參數權重進行調整，具體的算法下次會專門寫一篇文章進行解析。

3、數據預處理手段

3.1 歸一化(normalization)

將數據放縮到0~1區間，利用公式（x-min）/（max-min）

3.2 標準化（Standardization）

? ?數據的標準化是將數據按比例縮放，使之落入一個小的特定區間。將數據轉化為標準的正態分布，均值為0，方差為1

3.3 正則化

正則化的主要作用是防止過擬合，對模型添加正則化項可以限制模型的復雜度，使得模型在復雜度和性能達到平衡。

3.4 獨熱碼編碼 （one hot）

one hot編碼是將類別變量轉換為機器學習算法易于使用的一種形式的過程。one-hot通常用于特征的轉換

比如：一周七天，第三天可以編碼為 [0,0,1,0,0,00]

注：我把英語都補在了后面，并不是為了裝逼，只是為了下次看到這個單詞的時候知道這個單詞在表示什么。

4、數據處理庫

numpy ，pandas， matplotlib 這三個是數據分析常用的庫，也是深度學習中常用的三個庫

4.1 numpy

numpy 是優化版的python的列表，提高了運行效率，也提供了很多便利的函數，一般在使用的時候表示矩陣

numpy中的一個重要概念叫shape ,也就是表示維度

注：numpy 的api 我也使用不熟練，相信會在以后的學習過程中熟練的，使用的時候查一查，不用擔心。

4.2 pandas

Pandas 的主要數據結構是 Series （一維數據）與 DataFrame（二維數據）.

[Series] 是一種類似于一維數組的對象，它由一組數據（各種Numpy數據類型）以及一組與之相關的數據標簽（即索引）組成。

DataFrame 是一個表格型的數據結構，它含有一組有序的列，每列可以是不同的值類型（數值、字符串、布爾型值）。DataFrame 既有行索引也有列索引，它可以被看做由 Series 組成的字典（共同用一個索引）。

注：pandas 可以當做Excel使用，里面的api 我也使用不熟練，不用擔心，可以掃下核心概念就好

4.3 matplotlib

Matplotlib ?是畫圖用的，可以用來在學習的過程中對數據進行可視化，我還沒有學習這個庫，只會照貓畫虎，所以放輕松，只是告訴你有這么個東西，不一定現在就要掌握

5、訓練集、測試集，測試集

訓練集：用來訓練模型的數據，用來學習的

驗證集：用來驗證模型的數據，主要是看下模型的訓練情況

測試集: 訓練完成之后，驗證模型的數據

一般數據的比例為6:2:2

一個形象的比喻：

訓練集----學生的課本；學生 根據課本里的內容來掌握知識。驗證集----作業，通過作業可以知道 不同學生學習情況、進步的速度快慢。測試集----考試，考的題是平常都沒有見過，考察學生舉一反三的能力。

5、損失函數

損失函數用來評價模型的預測值和真實值不一樣的程度，損失函數越好，通常模型的性能越好。不同的模型用的損失函數一般也不一樣.

注：f(x) 表示預測值，Y 表示真實值，

這些只是常用的損失函數，實現不同而已，在后面的開發理解各個函數就行了，API caller 不用理解具體的實現，就像你知道快速排序的算法原理，但是沒必要自己去實現，現成的實現拿來用不香嗎？

6、優化器

優化器就是在深度學習反向傳播過程中，指引損失函數（目標函數）的各個參數往正確的方向更新合適的大小，使得更新后的各個參數讓損失函數（目標函數）值不斷逼近全局最小。

常見的幾種優化器

7、激活函數

激活函數就是對輸入進行過濾，可以理解為一個過濾器

常見的非線性激活函數通常可以分為兩類，一種是輸入單個變量輸出單個變量，如sigmoid函數，Relu函數；還有一種是輸入多個變量輸出多個變量，如Softmax函數，Maxout函數。

• 對于二分類問題，在輸出層可以選擇 sigmoid 函數。

• 對于多分類問題，在輸出層可以選擇 softmax 函數。

• 由于梯度消失問題，盡量sigmoid函數和tanh的使用。

• tanh函數由于以0為中心，通常性能會比sigmoid函數好。

• ReLU函數是一個通用的函數，一般在隱藏層都可以考慮使用。

• 有時候要適當對現有的激活函數稍作修改，以及考慮使用新發現的激活函數。

8、hello world

說了很多概念，搞個demo 看看，下面是一個最簡單的線性回歸的模型。

環境的安裝在文章的開頭。

import torch as timport torch.nn as nnimport torch.optim as optimimport matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np# 學習率，也就是每次參數的移動的大小lr = 0.01# 訓練數據集的次數num_epochs = 100# 輸入參數的個數in_size = 1#輸出參數的個數out_size = 1# x 數據集x_train = np.array([[3.3], [4.4], [5.5], [6.71], [6.93], [4.168],                    [9.779], [6.182], [7.59], [2.167], [7.042],                    [10.791], [5.313], [7.997], [3.1]], dtype=np.float32)# y 對應的真實值y_train = np.array([[1.7], [2.76], [2.09], [3.19], [1.694], [1.573],                    [3.366], [2.596], [2.53], [1.221], [2.827],                    [3.465], [1.65], [2.904], [1.3]], dtype=np.float32)# 線性回歸網絡class LinerRegression(nn.Module):    def __init__(self, in_size, out_size):        super(LinerRegression, self).__init__()        self.fc1 = nn.Linear(in_size, out_size)    def forward(self, x):        y_hat = self.fc1(x)        return y_hatmodel = LinerRegression(in_size, out_size)# 損失函數lossFunc = nn.MSELoss()# 優化器optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=lr)# 對數據集訓練的循環次數for epoch in range(num_epochs):    x = t.from_numpy(x_train)    y = t.from_numpy(y_train)    y_hat = model(x)    loss = lossFunc(y_hat, y)    # 導數歸零    optimizer.zero_grad()    # 反向傳播，也就是修正參數，將參數往正確的方向修改    loss.backward()    optimizer.step()    print("[{}/{}] loss:{:.4f}".format(epoch+1, num_epochs, loss))# 畫圖看下最終的模型擬合的怎么樣y_pred = model(t.from_numpy(x_train)).detach().numpy()plt.plot(x_train, y_train, "ro", label="Original Data")plt.plot(x_train, y_pred, "b-", label="Fitted Line")plt.legend()plt.show()

上面是最簡單的一個線性回歸的神經網絡，沒有隱藏層，沒有激活函數。

運行很快，因為參數很少,運行的最終結果可以看下，最終達到了我們的結果，你可以試著調整一些參數

9、總結

今天寫了很多的概念，不需要全部掌握，先混個臉熟，先有個全局觀，慢慢的認識即可，里面的公式很多，不需要看懂，be easy.