Pytorch学习笔记【19】:利用dropout解决过拟合问题

如果对于什么 叫过拟合不是很清楚,可以参考我的另一篇博客:

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

注意 看代码注释以及 运行结果,最好自己去运行一遍

本篇代码对比了用 dropout和不用dropout情况下的拟合情况。

 

1. 代码

import torch
import matplotlib.pyplot as plt

# torch.manual_seed(1)    # reproducible

N_SAMPLES = 20
N_HIDDEN = 300

# 自己创建一些训练数据
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))

# 自己创建测试数据
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))

# 展示我们画的那些散点
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()

# 定义正常情况下的神经网络
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),
)

# 定义才用了过拟合技术的神经网络
net_dropped = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(1, N_HIDDEN),
    torch.nn.Dropout(0.5),  # 随机忽视掉50%的节点
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, N_HIDDEN),
    torch.nn.Dropout(0.5),  # 随机忽视掉50%的节点
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(N_HIDDEN, 1),
)

print(net_overfitting)  # net architecture
print(net_dropped)

# 定义优化器
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()  # 退出训练模式,现在是相当于进入测试模式,训练的时候随机忽略,测试可不这样干,测试时全部都让它通过。

        # 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() # 最后要让它进入训练模式

plt.ioff()
plt.show()

2. 运行结果

我们可以明显看出,红线 就是过拟合了。由此可知,我们在针对 数据量少或者神经元个数很多的情况下,需要利用dropout来防止过拟合

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