Pytorch學習筆記【19】:利用dropout解決過擬合問題

如果對於什麼 叫過擬合不是很清楚,可以參考我的另一篇博客:

https://blog.csdn.net/qq_36499794/article/details/103178812

注意 看代碼註釋以及 運行結果,最好自己去運行一遍

本篇代碼對比了用 dropout和不用dropout情況下的擬合情況。

 

1. 代碼

import torch
import matplotlib.pyplot as plt

# torch.manual_seed(1)    # reproducible

N_SAMPLES = 20
N_HIDDEN = 300

# 自己創建一些訓練數據
x = torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, N_SAMPLES), 1)
y = x + 0.3*torch.normal(torch.zeros(N_SAMPLES, 1), torch.ones(N_SAMPLES, 1))

# 自己創建測試數據
test_x = torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, N_SAMPLES), 1)
test_y = test_x + 0.3*torch.normal(torch.zeros(N_SAMPLES, 1), torch.ones(N_SAMPLES, 1))

# 展示我們畫的那些散點
plt.scatter(x.data.numpy(), y.data.numpy(), c='magenta', s=50, alpha=0.5, label='train')
plt.scatter(test_x.data.numpy(), test_y.data.numpy(), c='cyan', s=50, alpha=0.5, label='test')
plt.legend(loc='upper left')
plt.ylim((-2.5, 2.5))
# plt.show()

# 定義正常情況下的神經網絡
net_overfitting = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(1, N_HIDDEN),
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, N_HIDDEN),
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, 1),
)

# 定義才用了過擬合技術的神經網絡
net_dropped = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(1, N_HIDDEN),
    torch.nn.Dropout(0.5),  # 隨機忽視掉50%的節點
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, N_HIDDEN),
    torch.nn.Dropout(0.5),  # 隨機忽視掉50%的節點
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, 1),
)

print(net_overfitting)  # net architecture
print(net_dropped)

# 定義優化器
optimizer_ofit = torch.optim.Adam(net_overfitting.parameters(), lr=0.01)
optimizer_drop = torch.optim.Adam(net_dropped.parameters(), lr=0.01)
loss_func = torch.nn.MSELoss()

plt.ion()   # something about plotting

for t in range(500):
    pred_ofit = net_overfitting(x)
    pred_drop = net_dropped(x)
    loss_ofit = loss_func(pred_ofit, y)
    loss_drop = loss_func(pred_drop, y)

    optimizer_ofit.zero_grad()
    optimizer_drop.zero_grad()
    loss_ofit.backward()
    loss_drop.backward()
    optimizer_ofit.step()
    optimizer_drop.step()

    if t % 10 == 0:
        # change to eval mode in order to fix drop out effect
        net_overfitting.eval()
        net_dropped.eval()  # 退出訓練模式,現在是相當於進入測試模式,訓練的時候隨機忽略,測試可不這樣幹,測試時全部都讓它通過。

        # plotting
        plt.cla()
        test_pred_ofit = net_overfitting(test_x)
        test_pred_drop = net_dropped(test_x)
        plt.scatter(x.data.numpy(), y.data.numpy(), c='magenta', s=50, alpha=0.3, label='train')
        plt.scatter(test_x.data.numpy(), test_y.data.numpy(), c='cyan', s=50, alpha=0.3, label='test')
        plt.plot(test_x.data.numpy(), test_pred_ofit.data.numpy(), 'r-', lw=3, label='overfitting')
        plt.plot(test_x.data.numpy(), test_pred_drop.data.numpy(), 'b--', lw=3, label='dropout(50%)')
        plt.text(0, -1.2, 'overfitting loss=%.4f' % loss_func(test_pred_ofit, test_y).data.numpy(), fontdict={'size': 20, 'color':  'red'})
        plt.text(0, -1.5, 'dropout loss=%.4f' % loss_func(test_pred_drop, test_y).data.numpy(), fontdict={'size': 20, 'color': 'blue'})
        plt.legend(loc='upper left'); plt.ylim((-2.5, 2.5));plt.pause(0.1)

        # change back to train mode
        net_overfitting.train()
        net_dropped.train() # 最後要讓它進入訓練模式

plt.ioff()
plt.show()

2. 運行結果

我們可以明顯看出,紅線 就是過擬合了。由此可知,我們在針對 數據量少或者神經元個數很多的情況下,需要利用dropout來防止過擬合

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