Comment effectuer une recherche de grille d'hyperparamètres pour le modèle PyTorch à l'aide de scikit-learn ?

scikit-learn est la meilleure bibliothèque d'apprentissage automatique en Python, et PyTorch nous fournit des opérations pratiques pour créer des modèles. Leurs avantages peuvent-ils être intégrés ? Dans cet article, nous expliquerons comment utiliser la fonction de recherche de grille dans scikit-learn pour régler les hyperparamètres d'un modèle d'apprentissage profond PyTorch :

• Comment envelopper un modèle PyTorch pour une utilisation avec scikit-learn et comment utiliser la recherche par grille
• Comment Grid recherche les paramètres courants du réseau neuronal, tels que le taux d'apprentissage, l'abandon, les époques, le nombre de neurones
• Définissez vos propres expériences de réglage d'hyperparamètres sur votre propre projet

Comment utiliser le modèle PyTorch dans scikit-learn

To One L'un des moyens les plus simples de rendre les modèles PyTorch disponibles dans scikit-learn consiste à utiliser le package skorch. Ce package fournit une API compatible scikit-learn pour les modèles PyTorch. Dans Skorch, il existe NeuralNetClassifier pour les réseaux de neurones de classification et NeuralNetRegressor pour les réseaux de neurones de régression.

pip install skorch

Pour utiliser ces wrappers, vous devez définir votre modèle PyTorch en tant que classe à l'aide de nn.Module, puis transmettre le nom de la classe au paramètre module lors de la construction de la classe NeuralNetClassifier. Par exemple : le constructeur de la classe

class MyClassifier(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
...
 
def forward(self, x):
...
return x
 
 # create the skorch wrapper
 model = NeuralNetClassifier(
module=MyClassifier
 )

NeuralNetClassifier peut obtenir les paramètres transmis à l'appel model.fit() (la méthode d'appel de la boucle d'entraînement dans les modèles scikit-learn), tels que le nombre d'époques et la taille du lot. Par exemple :

model = NeuralNetClassifier(
module=MyClassifier,
max_epochs=150,
batch_size=10
 )

Le constructeur de la classe NeuralNetClassifier peut également accepter de nouveaux paramètres. Ces paramètres peuvent être transmis au constructeur de votre classe modèle. La condition est que module__ (deux traits de soulignement) soit ajouté devant lui. Ces nouveaux paramètres peuvent avoir des valeurs par défaut dans le constructeur, mais ils seront remplacés lorsque le wrapper instancie le modèle. Par exemple :

import torch.nn as nn
 from skorch import NeuralNetClassifier
 
 class SonarClassifier(nn.Module):
def __init__(self, n_layers=3):
super().__init__()
self.layers = []
self.acts = []
for i in range(n_layers):
self.layers.append(nn.Linear(60, 60))
self.acts.append(nn.ReLU())
self.add_module(f"layer{i}", self.layers[-1])
self.add_module(f"act{i}", self.acts[-1])
self.output = nn.Linear(60, 1)
 
def forward(self, x):
for layer, act in zip(self.layers, self.acts):
x = act(layer(x))
x = self.output(x)
return x
 
 model = NeuralNetClassifier(
module=SonarClassifier,
max_epochs=150,
batch_size=10,
module__n_layers=2
 )

Nous pouvons vérifier les résultats en initialisant un modèle et en imprimant :

print(model.initialize())
 
 #结果如下：
 <class 'skorch.classifier.NeuralNetClassifier'>[initialized](
module_=SonarClassifier(
(layer0): Linear(in_features=60, out_features=60, bias=True)
(act0): ReLU()
(layer1): Linear(in_features=60, out_features=60, bias=True)
(act1): ReLU()
(output): Linear(in_features=60, out_features=1, bias=True)
),
 )

Utilisation de la recherche par grille dans scikit-learn

La recherche par grille est une technique d'optimisation d'hyperparamètres de modèle. Il épuise simplement toutes les combinaisons d’hyperparamètres et trouve celle qui donne le meilleur score. Dans scikit-learn, la classe GridSearchCV fournit cette technique. Lors de la construction de cette classe, un dictionnaire d'hyperparamètres doit être fourni dans le paramètre param_grid. Il s'agit d'une carte des noms de paramètres du modèle et des tableaux de valeurs à essayer.

La précision est utilisée par défaut comme score d'optimisation, mais d'autres scores peuvent être spécifiés dans le paramètre score du constructeur GridSearchCV. GridSearchCV construira un modèle pour chaque combinaison de paramètres à évaluer. Et utilisez la validation croisée triple par défaut, qui peut être définie via des paramètres.

Voici un exemple de définition d'une recherche de grille simple :

param_grid = {
'epochs': [10,20,30]
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, Y)

En définissant le paramètre n_jobs dans le constructeur GridSearchCV sur -1 signifie que tous les cœurs de la machine seront utilisés. Sinon, le processus de recherche dans la grille ne s'exécutera que dans un seul thread, ce qui est plus lent dans les processeurs multicœurs.

Après l'exécution, vous pouvez accéder aux résultats de la recherche de grille dans l'objet de résultat renvoyé par grid.fit(). best_score fournit le meilleur score observé lors de l'optimisation et best_params_ décrit la combinaison de paramètres qui a permis d'obtenir les meilleurs résultats.

Exemple de description du problème

Nos exemples seront tous démontrés sur un petit ensemble de données d'apprentissage automatique standard, qui est un ensemble de données de classification de l'apparition du diabète. Il s'agit d'un petit ensemble de données et tous les attributs numériques sont faciles à gérer.

Comment régler la taille du lot et le nombre d'époques de formation

Dans le premier exemple simple, nous présenterons comment régler la taille du lot et le nombre d'époques utilisées lors de l'ajustement du réseau.

Nous évaluerons simplement différentes tailles de lots de 10 à 100, la liste des codes est la suivante :

import random
 import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 # PyTorch classifier
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, 12)
self.act = nn.ReLU()
self.output = nn.Linear(12, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
 
def forward(self, x):
x = self.act(self.layer(x))
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
optimizer=optim.Adam,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'batch_size': [10, 20, 40, 60, 80, 100],
'max_epochs': [10, 50, 100]
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

Les résultats sont les suivants :

Best: 0.714844 using {'batch_size': 10, 'max_epochs': 100}
 0.665365 (0.020505) with: {'batch_size': 10, 'max_epochs': 10}
 0.588542 (0.168055) with: {'batch_size': 10, 'max_epochs': 50}
 0.714844 (0.032369) with: {'batch_size': 10, 'max_epochs': 100}
 0.671875 (0.022326) with: {'batch_size': 20, 'max_epochs': 10}
 0.696615 (0.008027) with: {'batch_size': 20, 'max_epochs': 50}
 0.714844 (0.019918) with: {'batch_size': 20, 'max_epochs': 100}
 0.666667 (0.009744) with: {'batch_size': 40, 'max_epochs': 10}
 0.687500 (0.033603) with: {'batch_size': 40, 'max_epochs': 50}
 0.707031 (0.024910) with: {'batch_size': 40, 'max_epochs': 100}
 0.667969 (0.014616) with: {'batch_size': 60, 'max_epochs': 10}
 0.694010 (0.036966) with: {'batch_size': 60, 'max_epochs': 50}
 0.694010 (0.042473) with: {'batch_size': 60, 'max_epochs': 100}
 0.670573 (0.023939) with: {'batch_size': 80, 'max_epochs': 10}
 0.674479 (0.020752) with: {'batch_size': 80, 'max_epochs': 50}
 0.703125 (0.026107) with: {'batch_size': 80, 'max_epochs': 100}
 0.680990 (0.014382) with: {'batch_size': 100, 'max_epochs': 10}
 0.670573 (0.013279) with: {'batch_size': 100, 'max_epochs': 50}
 0.687500 (0.017758) with: {'batch_size': 100, 'max_epochs': 100}

Vous pouvez voir que 'batch_size' : 10, 'max_epochs' : 100 permet d'obtenir environ 71 % Meilleurs résultats en termes de précision.

Comment ajuster l'optimiseur d'entraînement

Voyons comment ajuster l'optimiseur. Nous savons qu'il existe de nombreux optimiseurs parmi lesquels choisir, tels que SDG, Adam, etc., alors comment choisir ?

Le code complet est le suivant :

import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 # PyTorch classifier
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, 12)
self.act = nn.ReLU()
self.output = nn.Linear(12, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
 
def forward(self, x):
x = self.act(self.layer(x))
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
max_epochs=100,
batch_size=10,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'optimizer': [optim.SGD, optim.RMSprop, optim.Adagrad, optim.Adadelta,
optim.Adam, optim.Adamax, optim.NAdam],
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

Le résultat est le suivant :

Best: 0.721354 using {'optimizer': <class 'torch.optim.adamax.Adamax'>}
 0.674479 (0.036828) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.sgd.SGD'>}
 0.700521 (0.043303) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.rmsprop.RMSprop'>}
 0.682292 (0.027126) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.adagrad.Adagrad'>}
 0.572917 (0.051560) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.adadelta.Adadelta'>}
 0.714844 (0.030758) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.adam.Adam'>}
 0.721354 (0.019225) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.adamax.Adamax'>}
 0.709635 (0.024360) with: {'optimizer': <class 'torch.optim.nadam.NAdam'>}

On peut voir que l'algorithme d'optimisation Adamax est le meilleur pour notre modèle et notre ensemble de données, avec une précision d'environ 72 %.

Comment ajuster le taux d'apprentissage

Bien que le plan de taux d'apprentissage dans pytorch nous permette d'ajuster dynamiquement le taux d'apprentissage en fonction des tours, à titre d'exemple, nous démontrons le taux d'apprentissage et les paramètres du taux d'apprentissage en tant que paramètre de grille recherche. Dans PyTorch, définir le taux d'apprentissage et l'élan est le suivant :

optimizer = optim.SGD(lr=0.001, momentum=0.9)

Dans le package skorch, utilisez le préfixe optimiseur__ pour acheminer les paramètres vers l'optimiseur.

import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 # PyTorch classifier
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, 12)
self.act = nn.ReLU()
self.output = nn.Linear(12, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
 
def forward(self, x):
x = self.act(self.layer(x))
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
optimizer=optim.SGD,
max_epochs=100,
batch_size=10,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'optimizer__lr': [0.001, 0.01, 0.1, 0.2, 0.3],
'optimizer__momentum': [0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9],
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

Les résultats sont les suivants :

Best: 0.682292 using {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.9}
 0.648438 (0.016877) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.0}
 0.671875 (0.017758) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.2}
 0.674479 (0.022402) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.4}
 0.677083 (0.011201) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.6}
 0.679688 (0.027621) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.8}
 0.682292 (0.026557) with: {'optimizer__lr': 0.001, 'optimizer__momentum': 0.9}
 0.671875 (0.019918) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.0}
 0.648438 (0.024910) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.2}
 0.546875 (0.143454) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.4}
 0.567708 (0.153668) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.6}
 0.552083 (0.141790) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.8}
 0.451823 (0.144561) with: {'optimizer__lr': 0.01, 'optimizer__momentum': 0.9}
 0.348958 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.0}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.2}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.4}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.6}
 0.348958 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.8}
 0.348958 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.1, 'optimizer__momentum': 0.9}
 0.444010 (0.136265) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.0}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.2}
 0.348958 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.4}
 0.552083 (0.141790) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.6}
 0.549479 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.8}
 0.651042 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.2, 'optimizer__momentum': 0.9}
 0.552083 (0.141790) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.0}
 0.348958 (0.001841) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.2}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.4}
 0.552083 (0.141790) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.6}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.8}
 0.450521 (0.142719) with: {'optimizer__lr': 0.3, 'optimizer__momentum': 0.9}

Pour SGD, les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant un taux d'apprentissage de 0,001 et un momentum de 0,9, avec une précision d'environ 68 %.

Comment activer la fonction

La fonction d'activation contrôle la non-linéarité d'un seul neurone. Nous démontrerons l'évaluation de certaines des fonctions d'activation disponibles dans PyTorch.

import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.nn.init as init
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 # PyTorch classifier
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self, activatinotallow=nn.ReLU):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, 12)
self.act = activation()
self.output = nn.Linear(12, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
# manually init weights
init.kaiming_uniform_(self.layer.weight)
init.kaiming_uniform_(self.output.weight)
 
def forward(self, x):
x = self.act(self.layer(x))
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
optimizer=optim.Adamax,
max_epochs=100,
batch_size=10,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'module__activation': [nn.Identity, nn.ReLU, nn.ELU, nn.ReLU6,
nn.GELU, nn.Softplus, nn.Softsign, nn.Tanh,
nn.Sigmoid, nn.Hardsigmoid]
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

Les résultats sont les suivants :

Best: 0.699219 using {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.ReLU'>}
 0.687500 (0.025315) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.linear.Identity'>}
 0.699219 (0.011049) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.ReLU'>}
 0.674479 (0.035849) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.ELU'>}
 0.621094 (0.063549) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.ReLU6'>}
 0.674479 (0.017566) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.GELU'>}
 0.558594 (0.149189) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.Softplus'>}
 0.675781 (0.014616) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.Softsign'>}
 0.619792 (0.018688) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.Tanh'>}
 0.643229 (0.019225) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.Sigmoid'>}
 0.636719 (0.022326) with: {'module__activation': <class 'torch.nn.modules.activation.Hardsigmoid'>}

La fonction d'activation ReLU a obtenu les meilleurs résultats, avec une précision d'environ 70%.

如何调整Dropout参数

在本例中，我们将尝试在0.0到0.9之间的dropout百分比(1.0没有意义)和在0到5之间的MaxNorm权重约束值。

import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.nn.init as init
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 # PyTorch classifier
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self, dropout_rate=0.5, weight_cnotallow=1.0):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, 12)
self.act = nn.ReLU()
self.dropout = nn.Dropout(dropout_rate)
self.output = nn.Linear(12, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
self.weight_constraint = weight_constraint
# manually init weights
init.kaiming_uniform_(self.layer.weight)
init.kaiming_uniform_(self.output.weight)
 
def forward(self, x):
# maxnorm weight before actual forward pass
with torch.no_grad():
norm = self.layer.weight.norm(2, dim=0, keepdim=True).clamp(min=self.weight_constraint / 2)
desired = torch.clamp(norm, max=self.weight_constraint)
self.layer.weight *= (desired / norm)
# actual forward pass
x = self.act(self.layer(x))
x = self.dropout(x)
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
optimizer=optim.Adamax,
max_epochs=100,
batch_size=10,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'module__weight_constraint': [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0],
'module__dropout_rate': [0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9]
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

结果如下：

Best: 0.701823 using {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.669271 (0.015073) with: {'module__dropout_rate': 0.0, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.692708 (0.035132) with: {'module__dropout_rate': 0.0, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.589844 (0.170180) with: {'module__dropout_rate': 0.0, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.561198 (0.151131) with: {'module__dropout_rate': 0.0, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.688802 (0.021710) with: {'module__dropout_rate': 0.0, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.697917 (0.009744) with: {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.701823 (0.016367) with: {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.694010 (0.010253) with: {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.686198 (0.025976) with: {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.679688 (0.026107) with: {'module__dropout_rate': 0.1, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.701823 (0.029635) with: {'module__dropout_rate': 0.2, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.682292 (0.014731) with: {'module__dropout_rate': 0.2, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.701823 (0.009744) with: {'module__dropout_rate': 0.2, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.701823 (0.026557) with: {'module__dropout_rate': 0.2, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.687500 (0.015947) with: {'module__dropout_rate': 0.2, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.686198 (0.006639) with: {'module__dropout_rate': 0.3, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.656250 (0.006379) with: {'module__dropout_rate': 0.3, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.565104 (0.155608) with: {'module__dropout_rate': 0.3, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.700521 (0.028940) with: {'module__dropout_rate': 0.3, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.669271 (0.012890) with: {'module__dropout_rate': 0.3, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.661458 (0.018688) with: {'module__dropout_rate': 0.4, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.669271 (0.017566) with: {'module__dropout_rate': 0.4, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.652344 (0.006379) with: {'module__dropout_rate': 0.4, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.680990 (0.037783) with: {'module__dropout_rate': 0.4, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.692708 (0.042112) with: {'module__dropout_rate': 0.4, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.666667 (0.006639) with: {'module__dropout_rate': 0.5, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.652344 (0.011500) with: {'module__dropout_rate': 0.5, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.662760 (0.007366) with: {'module__dropout_rate': 0.5, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.558594 (0.146610) with: {'module__dropout_rate': 0.5, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.552083 (0.141826) with: {'module__dropout_rate': 0.5, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.548177 (0.141826) with: {'module__dropout_rate': 0.6, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.653646 (0.013279) with: {'module__dropout_rate': 0.6, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.661458 (0.008027) with: {'module__dropout_rate': 0.6, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.553385 (0.142719) with: {'module__dropout_rate': 0.6, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.669271 (0.035132) with: {'module__dropout_rate': 0.6, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.662760 (0.015733) with: {'module__dropout_rate': 0.7, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.636719 (0.024910) with: {'module__dropout_rate': 0.7, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.550781 (0.146818) with: {'module__dropout_rate': 0.7, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.537760 (0.140094) with: {'module__dropout_rate': 0.7, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.542969 (0.138144) with: {'module__dropout_rate': 0.7, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.565104 (0.148654) with: {'module__dropout_rate': 0.8, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.657552 (0.008027) with: {'module__dropout_rate': 0.8, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.428385 (0.111418) with: {'module__dropout_rate': 0.8, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.549479 (0.142719) with: {'module__dropout_rate': 0.8, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.648438 (0.005524) with: {'module__dropout_rate': 0.8, 'module__weight_constraint': 5.0}
 0.540365 (0.136861) with: {'module__dropout_rate': 0.9, 'module__weight_constraint': 1.0}
 0.605469 (0.053083) with: {'module__dropout_rate': 0.9, 'module__weight_constraint': 2.0}
 0.553385 (0.139948) with: {'module__dropout_rate': 0.9, 'module__weight_constraint': 3.0}
 0.549479 (0.142719) with: {'module__dropout_rate': 0.9, 'module__weight_constraint': 4.0}
 0.595052 (0.075566) with: {'module__dropout_rate': 0.9, 'module__weight_constraint': 5.0}

可以看到，10%的Dropout和2.0的权重约束获得了70%的最佳精度。

如何调整隐藏层神经元的数量

单层神经元的数量是一个需要调优的重要参数。一般来说，一层神经元的数量控制着网络的表示能力，至少在拓扑的这一点上是这样。

理论上来说：由于通用逼近定理，一个足够大的单层网络可以近似任何其他神经网络。

在本例中，将尝试从1到30的值，步骤为5。一个更大的网络需要更多的训练，至少批大小和epoch的数量应该与神经元的数量一起优化。

import numpy as np
 import torch
 import torch.nn as nn
 import torch.nn.init as init
 import torch.optim as optim
 from skorch import NeuralNetClassifier
 from sklearn.model_selection import GridSearchCV
 
 # load the dataset, split into input (X) and output (y) variables
 dataset = np.loadtxt('pima-indians-diabetes.csv', delimiter=',')
 X = dataset[:,0:8]
 y = dataset[:,8]
 X = torch.tensor(X, dtype=torch.float32)
 y = torch.tensor(y, dtype=torch.float32).reshape(-1, 1)
 
 class PimaClassifier(nn.Module):
def __init__(self, n_neurnotallow=12):
super().__init__()
self.layer = nn.Linear(8, n_neurons)
self.act = nn.ReLU()
self.dropout = nn.Dropout(0.1)
self.output = nn.Linear(n_neurons, 1)
self.prob = nn.Sigmoid()
self.weight_constraint = 2.0
# manually init weights
init.kaiming_uniform_(self.layer.weight)
init.kaiming_uniform_(self.output.weight)
 
def forward(self, x):
# maxnorm weight before actual forward pass
with torch.no_grad():
norm = self.layer.weight.norm(2, dim=0, keepdim=True).clamp(min=self.weight_constraint / 2)
desired = torch.clamp(norm, max=self.weight_constraint)
self.layer.weight *= (desired / norm)
# actual forward pass
x = self.act(self.layer(x))
x = self.dropout(x)
x = self.prob(self.output(x))
return x
 
 # create model with skorch
 model = NeuralNetClassifier(
PimaClassifier,
criterinotallow=nn.BCELoss,
optimizer=optim.Adamax,
max_epochs=100,
batch_size=10,
verbose=False
 )
 
 # define the grid search parameters
 param_grid = {
'module__n_neurons': [1, 5, 10, 15, 20, 25, 30]
 }
 grid = GridSearchCV(estimator=model, param_grid=param_grid, n_jobs=-1, cv=3)
 grid_result = grid.fit(X, y)
 
 # summarize results
 print("Best: %f using %s" % (grid_result.best_score_, grid_result.best_params_))
 means = grid_result.cv_results_['mean_test_score']
 stds = grid_result.cv_results_['std_test_score']
 params = grid_result.cv_results_['params']
 for mean, stdev, param in zip(means, stds, params):
print("%f (%f) with: %r" % (mean, stdev, param))

结果如下：

Best: 0.708333 using {'module__n_neurons': 30}
 0.654948 (0.003683) with: {'module__n_neurons': 1}
 0.666667 (0.023073) with: {'module__n_neurons': 5}
 0.694010 (0.014382) with: {'module__n_neurons': 10}
 0.682292 (0.014382) with: {'module__n_neurons': 15}
 0.707031 (0.028705) with: {'module__n_neurons': 20}
 0.703125 (0.030758) with: {'module__n_neurons': 25}
 0.708333 (0.015733) with: {'module__n_neurons': 30}

你可以看到，在隐藏层中有30个神经元的网络获得了最好的结果，准确率约为71%。

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!