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库函数导入

一、构建数据集

 二、构建分类网络模型

三、编写训练函数

四、编写评估函数

五、网络性能调优

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鲍勃开了自己的手机公司。他想与苹果、三星等大公司展开硬仗。 他不知道如何估算自己公司生产的手机的价格。在这个竞争激烈的手机市场，你不能简单地假设事情。为了解决这个问题，他收集了各个公司的手机销售数据。

鲍勃想找出手机的特性(例如:RAM、内存等)和售价之间的关系。但他不太擅长机器学习。所以他需要你帮他解决这个问题。 在这个问题中，你不需要预测实际价格，而是要预测一个价格区间，表明价格多高。

需要注意的是: 在这个问题中，我们不需要预测实际价格，而是一个价格范围，它的范围使用 0、1、2、3 来表示，所以该问题也是一个分类问题。

数据说明：手机价格分类_数据集-阿里云天池 Mobile Price Classification

库函数导入

import torch
import torch.nn as nn
import pandas as pd
from sklearn.model_selection import train_test_split
from torch.utils.data import import Dataset,DataLoader,TensorDataset
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
import time

一、构建数据集

数据共有 2000 条, 其中 1600 条数据作为训练集, 400 条数据用作测试集。 我们使用 sklearn 的数据集划分工作来完成。并使用 PyTorch 的 TensorDataset 来将数据集构建为 Dataset 对象，方便构造数据集加载对象。

"""构建数据"""
def phone_data_set(path):# 加载本地数据文件data = pd.read_csv(path)# 抽离特征和目标数据x = data.iloc[:,:-1]y = data.iloc[:,-1]# 标准化transfer = StanderdScaler()x = transfer.fit_transform(x.values)x = torch.tensor(x,dtype=torch.float32)y = torch.tensor(y.values,dtype=torch.int64) # 输出是分类结果，所以用整型# 数据集划分x_trian,x_test,y_train,y_test = train_test_split(x,y,test_size=0.2,random_state=42,stratify=y)return x_trian,x_test,y_train,y_testclass my_phone_data_loader(Dataset):
# TensorDataset 可取代该类的作用def __init__(self,x,y):self.x = xself.y = ydef __len__(self):return len(self.x)def __getitem__(self, index):return self.x[index],self.y[index]def data_loader(x_trian,y_train,batch_size=16):# data=my_phone_data_loader(x_train,y_train)data = TensorDataset(x_train,y_trian)data_loader = DataLoader(data,batch_size=batch_size,shuffle=True)return data_loader

 二、构建分类网络模型

构建用于手机价格分类的模型叫做全连接神经网络。它主要由数个线性层来构建，在每个线性层后，还需使用激活函数。

"""模型 构建和初始化参数"""
class Net(torch.nn.Module):def __init__(self,input_features,out_features):super(Net,self).__init__()# 隐藏层 LeakyReLU 激活和输出层 Softmax 激活self.hide1 = nn.Sequential(nn.Linear(input_features,128),nn.LeakyReLU())self.hide2 = nn.Sequential(nn.Linear(128,256),nn.LeakyReLU())self.hide3 = nn.Sequential(nn.Linear(256,512),nn.LeakyReLU())self.hide4 = nn.Sequential(nn.Linear(512,128),nn.LeakyReLU())self.out = nn.Sequential(nn.Linear(128,out_features),nn.Softmax())self.initdata()def forward(self,input_data):# 前向传播x = self.hide1(iput_data)x=self.hide2(x)x=self.hide3(x)x=self.hide4(x)y_pred=self.out(x)return y_pred#分类结果,混淆矩阵 [[0.9,0.01,.02,.7],[...],...]def initdata(self):# 权重He初始化nn.init.kaiming_uniform_(self.hide1[0].weight,nonlinearity="leaky_relu")nn.init.kaiming_uniform_(self.hide2[0].weight,nonlinearity="leaky_relu")nn.init.kaiming_uniform_(self.hide3[0].weight,nonlinearity="leaky_relu")nn.init.kaiming_uniform_(self.hide4[0].weight,nonlinearity="leaky_relu")       

三、编写训练函数

网络编写完成之后，我们需要编写训练函数。所谓的训练函数，指的是输入数据读取、送入网络、计算损失、更新参数的流程，该流程较为固定。我们使用的是多分类交叉生损失函数、使用 SGD 优化方法。最终，将训练好的模型持久化到磁盘中。

"""训练数据"""
# 加载数据
x_train,x_test,y_trian,y_test=phone_data_set("./data/手机价格预测.csv")
def train():data_loader_=data_loader(x_train,y_trian)# 模型生成x_features=x_train.shape[1]y_features=torch.unique(y_trian).shape[0]# 输出特征(类别的数量)model=Net(x_features,y_features)# 初始化模型参数# 默认是初始化过的torch.nn.init.kaiming_uniform_(model.linear1.weight,nonlinearity="leaky_relu")torch.nn.init.kaiming_uniform_(model.linear2.weight,nonlinearity="leaky_relu") # 3.损失函数loss_fn=torch.nn.CrossEntropyLoss()#torch.nn.MSELoss()#虽然分类的结果也可以用均方误差来计算，但是一般用交叉熵(因为计算出来的梯度更大)# 4.优化器optim=torch.optim.Adam(model.parameters(),lr=1e-4)# 定义训练参数epoch=100for i in range(epoch):e=0count=0start_time=time.time()for x,y in data_loader_:count+=1# 生成预测值y_pred=model(x)#执行model对象的forward# 损失计算loss=loss_fn(y_pred,y)e+=loss# 梯度清零optim.zero_grad()# 反向传播loss.backward()# 更新参数optim.step()end_time=time.time()print(f"epoch:{i},loss:{e/count},time:{end_time-start_time}") # 保存模型参数# model.linear1.weight.datatorch.save(model.state_dict(),"./model/model.pth")

四、编写评估函数

评估函数、也叫预测函数、推理函数，主要使用训练好的模型，对未知的样本的进行预测的过程。这里使用前面单独划分出来的测试集来进行评估。

"""评估函数"""
def test():# 加载数据data_loader_=data_loader(x_test,y_test,batch_size=16)# data_loader_=DataLoader(data,batch_size=4,shuffle=True)# 加载模型# 模型生成x_test_features=x_test.shape[1]y_test_features=torch.unique(y_test).shape[0]# 类别数model=Net(x_test_features,y_test_features)# model.linear1.weight=model.linear1.weight.datastate_dict=torch.load("./model/model.pth",map_location="cpu")model.load_state_dict(state_dict)total=0for x,y in data_loader_:y_pred=model(x)#[0.4,0.3,0.1,0.1,0.1]y_pred=torch.argmax(y_pred,dim=1)# print("y",y)# print("y_pred",y_pred)total+=torch.sum(y_pred==y)print(f"精准度:{total/len(x_test)}")

五、网络性能调优

可以通过以下方面对模型进行调优：

1. 对输入数据进行标准化

2. 调整优化方法

3. 调整学习率

4. 增加批量归一化层

5. 增加网络层数、神经元个数

6. 增加训练轮数