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昇思25天学习打卡营第2天|MindSpore快速入门_昇思25天学习打卡营第2天|快速入门

昇思25天学习打卡营第2天|快速入门

打卡

目录

打卡

快速入门案例:minist图像数据识别任务

案例任务说明

流程

1 加载并处理数据集

2 模型网络构建与定义

3 模型约束定义

4 模型训练

5 模型保存

6 模型推理

相关参考文档入门理解

MindSpore数据处理引擎

模型网络参数初始化

模型优化器

损失函数

代码

安装

从模型训练到预测推理

self_main_train_and_save.py

self_dataprocess.py

self_network.py

self_modeltrain.py

self_modeltest.py

self_predict.py


快速入门案例:minist图像数据识别任务

案例任务说明

MINIST数据集是有标签的图像数据,图像数据是0-9的手写阿拉伯数字。其中,训练集有6W个,测试集1W个。

目的是训练一个可以高效识别手写阿拉伯数字的模型。

流程

1 加载并处理数据集

涉及到的mindspore接口 mindspore.dataset。例如对数据集的map、batch、shuffle等操作,数据列名获取,对数据集进行迭代访问、查看数据和标签的shape和datatype等。

2 模型网络构建与定义

涉及到 mindspore.nn 类。例如用户可继承nn.Cell类来自定义网络结构,其中的construct类函数包含数据(Tensor)的变换过程。。

3 模型约束定义

包括损失函数、优化器等。如 nn.CrossEntropyLoss() 、nn.SGD(model.trainable_params(), 1e-2)

4 模型训练

- 定义训练函数,用set_train设置为训练模式,执行正向计算、反向传播和参数优化。

- 定义测试函数,用来评估模型的性能。

5 模型保存

- 两种保存方式:

1)模型参数保存:mindspore.save_checkpoint(model, "model.ckpt")

2)统一的中间表示(Intermediate Representation,IR)的保存,MindIR同时保存了Checkpoint和模型结构,因此需要定义输入Tensor来获取输入shape。mindspore.export(model, inputs, file_name="model", file_format="MINDIR")

6 模型推理

- 两种加载方式:

1)模型参数加载: 

> model = network()

> param_dict = mindspore.load_checkpoint("model.ckpt");  

param_not_load, _ = mindspore.load_param_into_net(model, param_dict)

2)统一的中间表示(Intermediate Representation,IR)的加载:

> mindspore.set_context(mode=mindspore.GRAPH_MODE)
> graph = mindspore.load("model.mindir")
> model = nn.GraphCell(graph)  ## nn.GraphCell 仅支持图模式。
> outputs = model(inputs)

保存与加载 — MindSpore master 文档

相关参考文档入门理解

MindSpore数据处理引擎

MindSpore 通过对外暴露API层来构建数据图;内部的Data Processing Pipeline 层用来进行数据加载和预处理多步并行流水线。
高性能数据处理引擎 — MindSpore master 文档

MindSpore 通过数据集(Dataset)和数据变换(Transforms)实现高效的数据预处理。

数据集 Dataset — MindSpore master 文档

数据变换 Transforms — MindSpore master 文档

模型网络参数初始化

Initializer是MindSpore内置的参数初始化基类,所有内置参数初始化方法均继承该类。mindspore.nn中提供的神经网络层封装均提供weight_initbias_init等入参,可以直接使用实例化的Initializer进行参数初始化。

参数初始化 — MindSpore master 文档

模型优化器

优化器 — MindSpore master 文档

损失函数

损失函数 — MindSpore master 文档

代码

安装

pip/conda均可:

pip install -i https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple mindspore==2.3.0rc1

从模型训练到预测推理

训练:

python self_main_train_and_save.py

推理:

python self_predict.py

self_main_train_and_save.py

  1. import mindspore
  2. from mindspore import nn
  3. from mindspore.dataset import vision, transforms
  4. from mindspore.dataset import MnistDataset
  5. # 用download库从公开华为云obs桶下载 MINIST 数据集并解压。因为mindspore.dataset 提供的接口仅支持解压后的数据文件
  6. from download import download
  7. url = "https://mindspore-website.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/notebook/datasets/MNIST_Data.zip"
  8. path = download(url, "./", kind="zip", replace=True)
  9. ## 1 加载数据集
  10. train_dataset = MnistDataset('MNIST_Data/train', shuffle=False)
  11. test_dataset = MnistDataset('MNIST_Data/test')
  12. print(train_dataset.get_col_names()) # 打印数据集中包含的数据列名,用于dataset的预处理。输出['image', 'label']
  13. ## 2 MindSpore的dataset使用数据处理流水线,这里将处理好的数据集打包为大小为64的batch。
  14. from self_dataprocess import datapipe
  15. # Map vision transforms and batch dataset
  16. train_dataset = datapipe(train_dataset, 64)
  17. test_dataset = datapipe(test_dataset, 64)
  18. ## 3 数据集加载后,一般以迭代方式获取数据,然后送入神经网络中进行训练。可使用create_tuple_iterator 或create_dict_iterator对数据集进行迭代访问,查看数据和标签的shape和datatype。
  19. for image, label in test_dataset.create_tuple_iterator():
  20. print(f"Shape of image [N, C, H, W]: {image.shape} {image.dtype}")
  21. print(f"Shape of label: {label.shape} {label.dtype}")
  22. break
  23. “”“
  24. Shape of image [N, C, H, W]: (64, 1, 28, 28) Float32
  25. Shape of label: (64,) Int32
  26. ”“”
  27. for data in test_dataset.create_dict_iterator():
  28. print(f"Shape of image [N, C, H, W]: {data['image'].shape} {data['image'].dtype}")
  29. print(f"Shape of label: {data['label'].shape} {data['label'].dtype}")
  30. break
  31. ## 4 模型训练
  32. from self_network import Network
  33. from self_modeltrain import train, loss_fn
  34. from self_modelteset import test
  35. model = Network()
  36. epochs = 3
  37. for t in range(epochs):
  38. print(f"Epoch {t+1}\n-------------------------------")
  39. train(model, train_dataset)
  40. test(model, test_dataset, loss_fn)
  41. print("Done!")
  42. ## 5 保存模型
  43. # Save checkpoint
  44. mindspore.save_checkpoint(model, "model.ckpt")
  45. print("Saved Model to model.ckpt")

self_dataprocess.py

  1. from mindspore.dataset import vision, transforms
  2. def datapipe(dataset, batch_size):
  3. image_transforms = [
  4. vision.Rescale(1.0 / 255.0, 0),
  5. vision.Normalize(mean=(0.1307,), std=(0.3081,)),
  6. vision.HWC2CHW()
  7. ]
  8. label_transform = transforms.TypeCast(mindspore.int32)
  9. dataset = dataset.map(image_transforms, 'image')
  10. dataset = dataset.map(label_transform, 'label')
  11. dataset = dataset.batch(batch_size)
  12. return dataset

self_network.py

  1. # Define model
  2. from mindspore import nn
  3. class Network(nn.Cell):
  4. def __init__(self):
  5. super().__init__()
  6. self.flatten = nn.Flatten()
  7. self.dense_relu_sequential = nn.SequentialCell(
  8. nn.Dense(28*28, 512),
  9. nn.ReLU(),
  10. nn.Dense(512, 512),
  11. nn.ReLU(),
  12. nn.Dense(512, 10)
  13. )
  14. def construct(self, x):
  15. x = self.flatten(x)
  16. logits = self.dense_relu_sequential(x)
  17. return logits
  18. def check_network():
  19. model = Network()
  20. print(model)

self_modeltrain.py

  1. # Instantiate loss function and optimizer
  2. from mindspore import nn
  3. loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
  4. optimizer = nn.SGD(model.trainable_params(), 1e-2)
  5. # 1. Define forward function
  6. def forward_fn(data, label):
  7. logits = model(data)
  8. loss = loss_fn(logits, label)
  9. return loss, logits
  10. # 2. Get gradient function
  11. grad_fn = mindspore.value_and_grad(forward_fn, None, optimizer.parameters, has_aux=True)
  12. # 3. Define function of one-step training
  13. def train_step(data, label):
  14. (loss, _), grads = grad_fn(data, label)
  15. optimizer(grads)
  16. return loss
  17. def train(model, dataset):
  18. size = dataset.get_dataset_size()
  19. model.set_train() ## 设置当前Cell和所有子Cell的训练模式。对于训练和预测具有不同结构的网络层(如 BatchNorm),将通过这个属性区分分支。如果设置为True,则执行训练分支,否则执行另一个分支。默认True
  20. for batch, (data, label) in enumerate(dataset.create_tuple_iterator()):
  21. loss = train_step(data, label)
  22. if batch % 100 == 0:
  23. loss, current = loss.asnumpy(), batch
  24. print(f"loss: {loss:>7f} [{current:>3d}/{size:>3d}]")

self_modeltest.py

  1. from mindspore import nn
  2. def test(model, dataset, loss_fn):
  3. num_batches = dataset.get_dataset_size()
  4. model.set_train(False)
  5. total, test_loss, correct = 0, 0, 0
  6. for data, label in dataset.create_tuple_iterator():
  7. pred = model(data)
  8. total += len(data)
  9. test_loss += loss_fn(pred, label).asnumpy()
  10. correct += (pred.argmax(1) == label).asnumpy().sum()
  11. test_loss /= num_batches
  12. correct /= total
  13. print(f"Test: \n Accuracy: {(100*correct):>0.1f}%, Avg loss: {test_loss:>8f} \n")

self_predict.py

  1. ## 加载模型
  2. from self_network import Network
  3. # Instantiate a random initialized model
  4. model = Network()
  5. # Load checkpoint and load parameter to model
  6. param_dict = mindspore.load_checkpoint("model.ckpt")
  7. param_not_load, _ = mindspore.load_param_into_net(model, param_dict)
  8. print(param_not_load) ## param_not_load是未被加载的参数列表,为空时代表所有参数均加载成功。
  9. ## 加载后的模型可以直接用于预测推理。
  10. model.set_train(False)
  11. for data, label in test_dataset:
  12. pred = model(data)
  13. predicted = pred.argmax(1)
  14. print(f'Predicted: "{predicted[:10]}", Actual: "{label[:10]}"')
  15. break

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