作者：pytorch

前言：译者实测 PyTorch 代码非常简洁易懂，只需要将中文分词的数据集预处理成作者提到的格式，即可很快的就迁移了这个代码到中文分词中，相关的代码后续将会分享。

Pytorch是一个动态神经网络工具包。 动态工具包的另一个例子是Dynet（我之所以提到这一点，因为与Pytorch和Dynet的工作方式类似。如果你在Dynet中看到一个例子，它可能会帮助你在Pytorch中实现它）。 相反的是静态工具包，包括Theano，Keras，TensorFlow等。核心区别如下：

• 在静态工具箱中，您可以定义一次计算图，对其进行编译，然后将实例流式传输给它。
• 在动态工具包中，您可以为每个实例定义计算图。 它永远不会被编译并且是即时执行的。

动态工具包还有一个优点，那就是更容易调试，代码更像主机语言（我的意思是pytorch和dynet看起来更像实际的python代码，而不是keras或theano）。

Bi-LSTM Conditional Random Field （Bi-LSTM CRF）

对于本节，我们将看到用于命名实体识别的Bi-LSTM条件随机场的完整复杂示例。 上面的LSTM标记符通常足以用于词性标注，但是像CRF这样的序列模型对于NER上的强大性能非常重要。 假设熟悉CRF。 虽然这个名字听起来很可怕，但所有模型都是CRF，但是LSTM提供了特征。 这是一个高级模型，比本教程中的任何早期模型复杂得多。

实现细节：

下面的例子在 log 空间中实现了计算微分函数的正向算法，以及要解码的维特比算法。反向传播将自动为我们计算梯度。我们不必用手做任何事。

这个算法用来演示，没有优化。如果您了解正在发生的事情，您可能会很快看到，在转发算法中迭代下一个标记可能是在一个大型操作中完成的。我想用代码来提高可读性。如果你想做相关的改变，你可以用这个标记器来完成真正的任务。

# Author: Robert Guthrie

import torch
import torch.autograd as autograd
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim

torch.manual_seed(1)

帮助程序函数，使代码更具可读性。

def argmax(vec):
    # return the argmax as a python int
    _, idx = torch.max(vec, 1)
    return idx.item()


def prepare_sequence(seq, to_ix):
    idxs = [to_ix[w] for w in seq]
    return torch.tensor(idxs, dtype=torch.long)


# Compute log sum exp in a numerically stable way for the forward algorithm
def log_sum_exp(vec):
    max_score = vec[0, argmax(vec)]
    max_score_broadcast = max_score.view(1, -1).expand(1, vec.size()[1])
    return max_score + \
        torch.log(torch.sum(torch.exp(vec - max_score_broadcast)))

创建模型

class BiLSTM_CRF(nn.Module):

    def __init__(self, vocab_size, tag_to_ix, embedding_dim, hidden_dim):
        super(BiLSTM_CRF, self).__init__()
        self.embedding_dim = embedding_dim
        self.hidden_dim = hidden_dim
        self.vocab_size = vocab_size
        self.tag_to_ix = tag_to_ix
        self.tagset_size = len(tag_to_ix)

        self.word_embeds = nn.Embedding(vocab_size, embedding_dim)
        self.lstm = nn.LSTM(embedding_dim, hidden_dim // 2,
                            num_layers=1, bidirectional=True)

        # Maps the output of the LSTM into tag space.
        self.hidden2tag = nn.Linear(hidden_dim, self.tagset_size)

        # Matrix of transition parameters.  Entry i,j is the score of
        # transitioning *to* i *from* j.
        self.transitions = nn.Parameter(
            torch.randn(self.tagset_size, self.tagset_size))

        # These two statements enforce the constraint that we never transfer
        # to the start tag and we never transfer from the stop tag
        self.transitions.data[tag_to_ix[START_TAG], :] = -10000
        self.transitions.data[:, tag_to_ix[STOP_TAG]] = -10000

        self.hidden = self.init_hidden()

    def init_hidden(self):
        return (torch.randn(2, 1, self.hidden_dim // 2),
                torch.randn(2, 1, self.hidden_dim // 2))

    def _forward_alg(self, feats):
        # Do the forward algorithm to compute the partition function
        init_alphas = torch.full((1, self.tagset_size), -10000.)
        # START_TAG has all of the score.
        init_alphas[0][self.tag_to_ix[START_TAG]] = 0.

        # Wrap in a variable so that we will get automatic backprop
        forward_var = init_alphas

        # Iterate through the sentence
        for feat in feats:
            alphas_t = []  # The forward tensors at this timestep
            for next_tag in range(self.tagset_size):
                # broadcast the emission score: it is the same regardless of
                # the previous tag
                emit_score = feat[next_tag].view(
                    1, -1).expand(1, self.tagset_size)
                # the ith entry of trans_score is the score of transitioning to
                # next_tag from i
                trans_score = self.transitions[next_tag].view(1, -1)
                # The ith entry of next_tag_var is the value for the
                # edge (i -> next_tag) before we do log-sum-exp
                next_tag_var = forward_var + trans_score + emit_score
                # The forward variable for this tag is log-sum-exp of all the
                # scores.
                alphas_t.append(log_sum_exp(next_tag_var).view(1))
            forward_var = torch.cat(alphas_t).view(1, -1)
        terminal_var = forward_var + self.transitions[self.tag_to_ix[STOP_TAG]]
        alpha = log_sum_exp(terminal_var)
        return alpha

    def _get_lstm_features(self, sentence):
        self.hidden = self.init_hidden()
        embeds = self.word_embeds(sentence).view(len(sentence), 1, -1)
        lstm_out, self.hidden = self.lstm(embeds, self.hidden)
        lstm_out = lstm_out.view(len(sentence), self.hidden_dim)
        lstm_feats = self.hidden2tag(lstm_out)
        return lstm_feats

    def _score_sentence(self, feats, tags):
        # Gives the score of a provided tag sequence
        score = torch.zeros(1)
        tags = torch.cat([torch.tensor([self.tag_to_ix[START_TAG]], dtype=torch.long), tags])
        for i, feat in enumerate(feats):
            score = score + \
                self.transitions[tags[i + 1], tags[i]] + feat[tags[i + 1]]
        score = score + self.transitions[self.tag_to_ix[STOP_TAG], tags[-1]]
        return score

    def _viterbi_decode(self, feats):
        backpointers = []

        # Initialize the viterbi variables in log space
        init_vvars = torch.full((1, self.tagset_size), -10000.)
        init_vvars[0][self.tag_to_ix[START_TAG]] = 0

        # forward_var at step i holds the viterbi variables for step i-1
        forward_var = init_vvars
        for feat in feats:
            bptrs_t = []  # holds the backpointers for this step
            viterbivars_t = []  # holds the viterbi variables for this step

            for next_tag in range(self.tagset_size):
                # next_tag_var[i] holds the viterbi variable for tag i at the
                # previous step, plus the score of transitioning
                # from tag i to next_tag.
                # We don't include the emission scores here because the max
                # does not depend on them (we add them in below)
                next_tag_var = forward_var + self.transitions[next_tag]
                best_tag_id = argmax(next_tag_var)
                bptrs_t.append(best_tag_id)
                viterbivars_t.append(next_tag_var[0][best_tag_id].view(1))
            # Now add in the emission scores, and assign forward_var to the set
            # of viterbi variables we just computed
            forward_var = (torch.cat(viterbivars_t) + feat).view(1, -1)
            backpointers.append(bptrs_t)

        # Transition to STOP_TAG
        terminal_var = forward_var + self.transitions[self.tag_to_ix[STOP_TAG]]
        best_tag_id = argmax(terminal_var)
        path_score = terminal_var[0][best_tag_id]

        # Follow the back pointers to decode the best path.
        best_path = [best_tag_id]
        for bptrs_t in reversed(backpointers):
            best_tag_id = bptrs_t[best_tag_id]
            best_path.append(best_tag_id)
        # Pop off the start tag (we dont want to return that to the caller)
        start = best_path.pop()
        assert start == self.tag_to_ix[START_TAG]  # Sanity check
        best_path.reverse()
        return path_score, best_path

    def neg_log_likelihood(self, sentence, tags):
        feats = self._get_lstm_features(sentence)
        forward_score = self._forward_alg(feats)
        gold_score = self._score_sentence(feats, tags)
        return forward_score - gold_score

    def forward(self, sentence):  # dont confuse this with _forward_alg above.
        # Get the emission scores from the BiLSTM
        lstm_feats = self._get_lstm_features(sentence)

        # Find the best path, given the features.
        score, tag_seq = self._viterbi_decode(lstm_feats)
        return score, tag_seq

开始训练

START_TAG = "<START>"
STOP_TAG = "<STOP>"
EMBEDDING_DIM = 5
HIDDEN_DIM = 4

# Make up some training data
training_data = [(
    "the wall street journal reported today that apple corporation made money".split(),
    "B I I I O O O B I O O".split()
), (
    "georgia tech is a university in georgia".split(),
    "B I O O O O B".split()
)]

word_to_ix = {}
for sentence, tags in training_data:
    for word in sentence:
        if word not in word_to_ix:
            word_to_ix[word] = len(word_to_ix)

tag_to_ix = {"B": 0, "I": 1, "O": 2, START_TAG: 3, STOP_TAG: 4}

model = BiLSTM_CRF(len(word_to_ix), tag_to_ix, EMBEDDING_DIM, HIDDEN_DIM)
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, weight_decay=1e-4)

# Check predictions before training
with torch.no_grad():
    precheck_sent = prepare_sequence(training_data[0][0], word_to_ix)
    precheck_tags = torch.tensor([tag_to_ix[t] for t in training_data[0][1]], dtype=torch.long)
    print(model(precheck_sent))

# Make sure prepare_sequence from earlier in the LSTM section is loaded
for epoch in range(
        300):  # again, normally you would NOT do 300 epochs, it is toy data
    for sentence, tags in training_data:
        # Step 1. Remember that Pytorch accumulates gradients.
        # We need to clear them out before each instance
        model.zero_grad()

        # Step 2. Get our inputs ready for the network, that is,
        # turn them into Tensors of word indices.
        sentence_in = prepare_sequence(sentence, word_to_ix)
        targets = torch.tensor([tag_to_ix[t] for t in tags], dtype=torch.long)

        # Step 3. Run our forward pass.
        loss = model.neg_log_likelihood(sentence_in, targets)

        # Step 4. Compute the loss, gradients, and update the parameters by
        # calling optimizer.step()
        loss.backward()
        optimizer.step()

# Check predictions after training
with torch.no_grad():
    precheck_sent = prepare_sequence(training_data[0][0], word_to_ix)
    print(model(precheck_sent))
# We got it!

输出

(tensor(2.6907), [1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1])
(tensor(20.4906), [0, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 0, 1, 2, 2])

我们没有必要在进行解码时创建计算图，因为我们不会从维特比路径得分反向传播。 因为无论如何我们都有它，尝试训练标记器，其中损失函数是维特比路径得分和测试标准路径得分之间的差异。 应该清楚的是，当预测的标签序列是正确的标签序列时，该功能是非负的和0。 这基本上是结构感知器。

由于已经实现了 Viterbi 和score_sentence ，因此这种修改应该很短。 这是取决于训练实例的计算图形的示例。 虽然我没有尝试在静态工具包中实现它，但我想它可能但不那么直截了当。

拿起一些真实数据并进行比较！

原文链接：https://pytorch.org/tutorials/beginner/nlp/advanced_tutorial.html#advanced-making-dynamic-decisions-and-the-bi-lstm-crf

概述

PyText 是一个基于 PyTorch 实现的 NLP 框架。PyText 解决了实现快速实验和在规模部署服务模型的冲突。它通过为模型组件提供简单和可扩展的接口和抽象，以及使用通过 PyTorch 优化的 Caffe2 执行引擎可以导出用于推断的模型的能力，来实现这一点。我们使用 Facebook 中的 PyText 来快速迭代新的建模思想，然后无缝地将它们弹性发布。

PyText 核心特性：

各种生产就绪模型的 NLP/NLU 任务：

文本分类器

Yoon Kim (2014): Convolutional Neural Networks for Sentence Classification
Lin et al. (2017): A Structured Self-attentive Sentence Embedding

序列标记符

Lample et al. (2016): Neural Architectures for Named Entity Recognition

联合意图时隙模型

Zhang et al. (2016): A Joint Model of Intent Determination and Slot Filling for Spoken Language Understanding

上下文意图槽模型

支持建立在 PyTorch 1.0 上新的 C10d 后端分布式训练

可扩展组件，允许轻松创建新模型和任务

参考实现和论文的预训练模型：Gupta et al. (2018): Semantic Parsing for Task Oriented Dialog using Hierarchical Representations

增强培训支持

安装 PyText

要开始使用云虚拟机，请查看我们的指南：https://pytext-pytext.readthedocs-hosted.com/en/latest/installation.html#cloud-vm-setup

我们建议使用 virtualenv：

$ python3 -m venv pytext_venv
$ source pytext_venv/bin/activate
(pytext_venv) $ pip install pytext-nlp

详细说明和更多的安装选项可以在我们的文档（https://pytext-pytext.readthedocs-hosted.com/en/latest/installation.html）中找到。如果在安装过程中遇到缺少依赖项的问题，请参考OS（https://pytext-pytext.readthedocs-hosted.com/en/latest/installation.html#os-dependencies）依赖项。

训练第一个文本分类器

对于第一个例子，我们将使用基于 CNN 的文本分类器，我们将使用 tests/data/train_data_tiny.tsv。可以通过克隆存储库或通过从GitHub手动下载文件来获得数据和配置文件。

（venv）$pytext.

神经网络

神经网络可以通过 torch.nn 包来构建。

现在对于自动梯度(autograd)有一些了解，神经网络是基于自动梯度 (autograd)来定义一些模型。一个 nn.Module 包括层和一个方法 forward(input) 它会返回输出(output)。

例如，看一下数字图片识别的网络：

这是一个简单的前馈神经网络，它接收输入，让输入一个接着一个的通过一些层，最后给出输出。

一个典型的神经网络训练过程包括以下几点：

1.定义一个包含可训练参数的神经网络

2.迭代整个输入

3.通过神经网络处理输入

4.计算损失(loss)

5.反向传播梯度到神经网络的参数

6.更新网络的参数，典型的用一个简单的更新方法：weight = weight – learning_rate *gradient

定义神经网络

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class Net(nn.Module):

    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        # 1 input image channel, 6 output channels, 5x5 square convolution
        # kernel
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, 5)
        self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
        # an affine operation: y = Wx + b
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        # Max pooling over a (2, 2) window
        x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv1(x)), (2, 2))
        # If the size is a square you can only specify a single number
        x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv2(x)), 2)
        x = x.view(-1, self.num_flat_features(x))
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = F.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x

    def num_flat_features(self, x):
        size = x.size()[1:]  # all dimensions except the batch dimension
        num_features = 1
        for s in size:
            num_features *= s
        return num_features


net = Net()
print(net)

输出：

Net(
  (conv1): Conv2d(1, 6, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
  (conv2): Conv2d(6, 16, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
  (fc1): Linear(in_features=400, out_features=120, bias=True)
  (fc2): Linear(in_features=120, out_features=84, bias=True)
  (fc3): Linear(in_features=84, out_features=10, bias=True)
)

你刚定义了一个前馈函数，然后反向传播函数被自动通过 autograd 定义了。你可以使用任何张量操作在前馈函数上。

一个模型可训练的参数可以通过调用 net.parameters() 返回：

params = list(net.parameters())
print(len(params))
print(params[0].size())  # conv1's .weight

输出：

10
torch.Size([6, 1, 5, 5])

让我们尝试随机生成一个 32×32 的输入。注意：期望的输入维度是 32×32 。为了使用这个网络在 MNIST 数据及上，你需要把数据集中的图片维度修改为 32×32。

input = torch.randn(1, 1, 32, 32)
out = net(input)
print(out)

输出：

tensor([[-0.0233,  0.0159, -0.0249,  0.1413,  0.0663,  0.0297, -0.0940, -0.0135,
          0.1003, -0.0559]], grad_fn=<AddmmBackward>)

把所有参数梯度缓存器置零，用随机的梯度来反向传播

net.zero_grad()
out.backward(torch.randn(1, 10))

在继续之前，让我们复习一下所有见过的类。

torch.Tensor – A multi-dimensional array with support for autograd operations like backward(). Also holds the gradient w.r.t. the tensor.
nn.Module – Neural network module. Convenient way of encapsulating parameters, with helpers for moving them to GPU, exporting, loading, etc.
nn.Parameter – A kind of Tensor, that is automatically registered as a parameter when assigned as an attribute to a Module.
autograd.Function – Implements forward and backward definitions of an autograd operation. Every Tensor operation, creates at least a single Function node, that connects to functions that created a Tensor and encodes its history.

在此，我们完成了：

1.定义一个神经网络

2.处理输入以及调用反向传播

还剩下：

1.计算损失值

2.更新网络中的权重

损失函数

一个损失函数需要一对输入：模型输出和目标，然后计算一个值来评估输出距离目标有多远。

有一些不同的损失函数在 nn 包中。一个简单的损失函数就是 nn.MSELoss ，这计算了均方误差。

例如：

output = net(input)
target = torch.randn(10)  # a dummy target, for example
target = target.view(1, -1)  # make it the same shape as output
criterion = nn.MSELoss()

loss = criterion(output, target)
print(loss)

输出：

tensor(1.3389, grad_fn=<MseLossBackward>)

现在，如果你跟随损失到反向传播路径，可以使用它的 .grad_fn 属性，你将会看到一个这样的计算图：

input -> conv2d -> relu -> maxpool2d -> conv2d -> relu -> maxpool2d
      -> view -> linear -> relu -> linear -> relu -> linear
      -> MSELoss
      -> loss

所以，当我们调用 loss.backward()，整个图都会微分，而且所有的在图中的requires_grad=True 的张量将会让他们的 grad 张量累计梯度。

为了演示，我们将跟随以下步骤来反向传播。

print(loss.grad_fn)  # MSELoss
print(loss.grad_fn.next_functions[0][0])  # Linear
print(loss.grad_fn.next_functions[0][0].next_functions[0][0])  # ReLU

输出：

<MseLossBackward object at 0x7fab77615278>
<AddmmBackward object at 0x7fab77615940>
<AccumulateGrad object at 0x7fab77615940>

反向传播

为了实现反向传播损失，我们所有需要做的事情仅仅是使用 loss.backward()。你需要清空现存的梯度，要不然帝都将会和现存的梯度累计到一起。

现在我们调用 loss.backward() ，然后看一下 con1 的偏置项在反向传播之前和之后的变化。

net.zero_grad()     # zeroes the gradient buffers of all parameters

print('conv1.bias.grad before backward')
print(net.conv1.bias.grad)

loss.backward()

print('conv1.bias.grad after backward')
print(net.conv1.bias.grad)

输出：

conv1.bias.grad before backward
tensor([0., 0., 0., 0., 0., 0.])
conv1.bias.grad after backward
tensor([-0.0054,  0.0011,  0.0012,  0.0148, -0.0186,  0.0087])

现在我们看到了，如何使用损失函数。

唯一剩下的事情就是更新神经网络的参数。

更新神经网络参数：

最简单的更新规则就是随机梯度下降。

weight = weight - learning_rate * gradient

我们可以使用 python 来实现这个规则：

learning_rate = 0.01
for f in net.parameters():
    f.data.sub_(f.grad.data * learning_rate)

尽管如此，如果你是用神经网络，你想使用不同的更新规则，类似于 SGD, Nesterov-SGD, Adam, RMSProp, 等。为了让这可行，我们建立了一个小包：torch.optim 实现了所有的方法。使用它非常的简单。

import torch.optim as optim

# create your optimizer
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01)

# in your training loop:
optimizer.zero_grad()   # zero the gradient buffers
output = net(input)
loss = criterion(output, target)
loss.backward()
optimizer.step()    # Does the update

下载 Python 源代码：

neural_networks_tutorial.py

下载 Jupyter 源代码：

neural_networks_tutorial.ipynb

你已经了解了如何定义神经网络，计算损失值和网络里权重的更新。

现在你也许会想应该怎么处理数据？

通常来说，当你处理图像，文本，语音或者视频数据时，你可以使用标准 python 包将数据加载成 numpy 数组格式，然后将这个数组转换成 torch.*Tensor

• 对于图像，可以用 Pillow，OpenCV
• 对于语音，可以用 scipy，librosa
• 对于文本，可以直接用 Python 或 Cython 基础数据加载模块，或者用 NLTK 和 SpaCy

特别是对于视觉，我们已经创建了一个叫做 totchvision 的包，该包含有支持加载类似Imagenet，CIFAR10，MNIST 等公共数据集的数据加载模块 torchvision.datasets 和支持加载图像数据数据转换模块 torch.utils.data.DataLoader。

这提供了极大的便利，并且避免了编写“样板代码”。

对于本教程，我们将使用CIFAR10数据集，它包含十个类别：‘airplane’, ‘automobile’, ‘bird’, ‘cat’, ‘deer’, ‘dog’, ‘frog’, ‘horse’, ‘ship’, ‘truck’。CIFAR-10 中的图像尺寸为3*32*32，也就是RGB的3层颜色通道，每层通道内的尺寸为32*32。

训练一个图像分类器

我们将按次序的做如下几步：

1. 使用torchvision加载并且归一化CIFAR10的训练和测试数据集
2. 定义一个卷积神经网络
3. 定义一个损失函数
4. 在训练样本数据上训练网络
5. 在测试样本数据上测试网络

加载并归一化 CIFAR10
使用 torchvision ,用它来加载 CIFAR10 数据非常简单。

import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms

torchvision 数据集的输出是范围在[0,1]之间的 PILImage，我们将他们转换成归一化范围为[-1,1]之间的张量 Tensors。

transform = transforms.Compose(
    [transforms.ToTensor(),
     transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))])

trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=True,
                                        download=True, transform=transform)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=4,
                                          shuffle=True, num_workers=2)

testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=False,
                                       download=True, transform=transform)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=4,
                                         shuffle=False, num_workers=2)

classes = ('plane', 'car', 'bird', 'cat',
           'deer', 'dog', 'frog', 'horse', 'ship', 'truck')

输出：

Downloading https://www.cs.toronto.edu/~kriz/cifar-10-python.tar.gz to ./data/cifar-10-python.tar.gz
Files already downloaded and verified

让我们来展示其中的一些训练图片。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# functions to show an image


def imshow(img):
    img = img / 2 + 0.5     # unnormalize
    npimg = img.numpy()
    plt.imshow(np.transpose(npimg, (1, 2, 0)))
    plt.show()


# get some random training images
dataiter = iter(trainloader)
images, labels = dataiter.next()

# show images
imshow(torchvision.utils.make_grid(images))
# print labels
print(' '.join('%5s' % classes[labels[j]] for j in range(4)))

输出：

cat plane  ship  frog

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5)
        self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)
        self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
        self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)
        self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
        self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

    def forward(self, x):
        x = self.pool(F.relu(self.conv1(x)))
        x = self.pool(F.relu(self.conv2(x)))
        x = x.view(-1, 16 * 5 * 5)
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = F.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x


net = Net()

import torch.optim as optim

criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

for epoch in range(2):  # loop over the dataset multiple times

    running_loss = 0.0
    for i, data in enumerate(trainloader, 0):
        # get the inputs
        inputs, labels = data

        # zero the parameter gradients
        optimizer.zero_grad()

        # forward + backward + optimize
        outputs = net(inputs)
        loss = criterion(outputs, labels)
        loss.backward()
        optimizer.step()

        # print statistics
        running_loss += loss.item()
        if i % 2000 == 1999:    # print every 2000 mini-batches
            print('[%d, %5d] loss: %.3f' %
                  (epoch + 1, i + 1, running_loss / 2000))
            running_loss = 0.0

print('Finished Training')

[1,  2000] loss: 2.187
[1,  4000] loss: 1.852
[1,  6000] loss: 1.672
[1,  8000] loss: 1.566
[1, 10000] loss: 1.490
[1, 12000] loss: 1.461
[2,  2000] loss: 1.389
[2,  4000] loss: 1.364
[2,  6000] loss: 1.343
[2,  8000] loss: 1.318
[2, 10000] loss: 1.282
[2, 12000] loss: 1.286
Finished Training

在测试集上测试网络
我们已经通过训练数据集对网络进行了2次训练，但是我们需要检查网络是否已经学到了东西。

我们将用神经网络的输出作为预测的类标来检查网络的预测性能，用样本的真实类标来校对。如果预测是正确的，我们将样本添加到正确预测的列表里。

好的，第一步，让我们从测试集中显示一张图像来熟悉它。

输出：

GroundTruth:    cat  ship  ship plane

现在让我们看看 神经网络认为这些样本应该预测成什么：

outputs = net(images)

输出是预测与十个类的近似程度，与某一个类的近似程度越高，网络就越认为图像是属于这一类别。所以让我们打印其中最相似类别类标：

_, predicted = torch.max(outputs, 1)

print('Predicted: ', ' '.join('%5s' % classes[predicted[j]]
                              for j in range(4)))

输出：

Predicted:    cat  ship   car  ship

结果看起开非常好，让我们看看网络在整个数据集上的表现。

correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():
    for data in testloader:
        images, labels = data
        outputs = net(images)
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        total += labels.size(0)
        correct += (predicted == labels).sum().item()

print('Accuracy of the network on the 10000 test images: %d %%' % (
    100 * correct / total))

输出：

Accuracy of the network on the 10000 test images: 54 %

这看起来比随机预测要好，随机预测的准确率为10%（随机预测出为10类中的哪一类）。看来网络学到了东西。

class_correct = list(0. for i in range(10))
class_total = list(0. for i in range(10))
with torch.no_grad():
    for data in testloader:
        images, labels = data
        outputs = net(images)
        _, predicted = torch.max(outputs, 1)
        c = (predicted == labels).squeeze()
        for i in range(4):
            label = labels[i]
            class_correct[label] += c[i].item()
            class_total[label] += 1


for i in range(10):
    print('Accuracy of %5s : %2d %%' % (
        classes[i], 100 * class_correct[i] / class_total[i]))

输出：

Accuracy of plane : 57 %
Accuracy of   car : 73 %
Accuracy of  bird : 49 %
Accuracy of   cat : 54 %
Accuracy of  deer : 18 %
Accuracy of   dog : 20 %
Accuracy of  frog : 58 %
Accuracy of horse : 74 %
Accuracy of  ship : 70 %
Accuracy of truck : 66 %

所以接下来呢？

我们怎么在GPU上跑这些神经网络？

在GPU上训练
就像你怎么把一个张量转移到GPU上一样，你要将神经网络转到GPU上。
如果CUDA可以用，让我们首先定义下我们的设备为第一个可见的cuda设备。

device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

# Assume that we are on a CUDA machine, then this should print a CUDA device:

print(device)

输出：

cuda:0

本节剩余部分都会假定设备就是台CUDA设备。

接着这些方法会递归地遍历所有模块，并将它们的参数和缓冲器转换为CUDA张量。

net.to(device)

记住你也必须在每一个步骤向GPU发送输入和目标：

inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device)

为什么没有注意到与CPU相比巨大的加速？因为你的网络非常小。

练习：尝试增加你的网络宽度（首个 nn.Conv2d 参数设定为 2，第二个nn.Conv2d参数设定为1–它们需要有相同的个数），看看会得到怎么的速度提升。

目标：

• 深度理解了PyTorch的张量和神经网络
• 训练了一个小的神经网络来分类图像

在多个GPU上训练

如果你想要来看到大规模加速，使用你的所有GPU，请查看：数据并行性（https://pytorch.org/tutorials/beginner/blitz/data_parallel_tutorial.html）。PyTorch 60 分钟入门教程：数据并行处理

PyTorch 60 分钟入门教程：数据并行处理

下载 Python 源代码：

cifar10_tutorial.py

下载 Jupyter 源代码：

cifar10_tutorial.ipynb