day45 python预训练模型

目录

知识点回顾

1. 预训练的概念

2. 常见的分类预训练模型

3. 图像预训练模型的发展史

4. 预训练的策略

5. 预训练代码实战：ResNet18

作业：在 CIFAR-10 上对比 AlexNet 预训练模型

实验结果对比

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在深度学习领域，预训练模型已经成为了推动研究和应用发展的核心力量。通过在大规模数据集上进行预训练，模型能够学习到通用的特征表示，从而在各种下游任务中表现出色。今天，我们将回顾一些关于预训练模型的基础知识，并在 CIFAR-10 数据集上实践 AlexNet 预训练模型。

知识点回顾

1. 预训练的概念

预训练是指在一个大型且多样化的数据集上训练模型，使其学习到通用的特征表示。这些特征表示可以迁移到其他相关任务中，从而提高模型的性能和泛化能力。预训练的目的是减少下游任务所需的标注数据量，并加速模型的收敛速度。

2. 常见的分类预训练模型

在计算机视觉领域，有许多经典的预训练模型，例如：

• AlexNet：2012年提出，首次在 ImageNet 比赛中取得突破性成绩。

• VGGNet：2014年提出，结构简洁，性能稳定。

• ResNet：2015年提出，解决了深层网络训练中的梯度消失问题。

• InceptionNet：2014年提出，通过多尺度特征提取提高性能。

• Transformer：2017年提出，基于自注意力机制，广泛应用于自然语言处理和计算机视觉。

3. 图像预训练模型的发展史

从 AlexNet 开始，预训练模型在计算机视觉领域经历了飞速的发展：

• 2012年：AlexNet 在 ImageNet 比赛中以显著优势获胜，开启了深度学习在计算机视觉领域的时代。

• 2014年：VGGNet 和 InceptionNet 相继提出，进一步提高了模型性能。

• 2015年：ResNet 提出，解决了深层网络训练中的梯度消失问题，推动了网络结构的深化。

• 2017年：Transformer 架构的出现，为计算机视觉领域带来了新的思路。

• 2020年至今：基于 Transformer 的预训练模型如 Vision Transformer（ViT）等逐渐成为主流。

4. 预训练的策略

预训练的策略主要包括：

• 无监督预训练：在未标注的数据上学习通用特征表示，例如自编码器。

• 有监督预训练：在大规模标注数据集上进行训练，例如在 ImageNet 上预训练。

• 迁移学习：将预训练模型迁移到特定的下游任务中，通过微调或特征提取的方式提高性能。

5. 预训练代码实战：ResNet18

在之前的实战中，我们已经通过 ResNet18 在 CIFAR-10 数据集上进行了实验。ResNet18 是一个经典的预训练模型，通过残差连接解决了深层网络训练中的梯度消失问题。以下是 ResNet18 的代码示例：

import torch
import torch.nn as nn
import torchvision.models as models
import torchvision.transforms as transforms
import torchvision.datasets as datasets
from torch.utils.data import DataLoader# 定义数据预处理
transform = transforms.Compose([transforms.RandomHorizontalFlip(),transforms.RandomCrop(32, padding=4),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
])# 加载 CIFAR-10 数据集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform)
test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data', train=False, download=True, transform=transform)train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=64, shuffle=False)# 加载预训练的 ResNet18 模型
model = models.resnet18(pretrained=True)
num_ftrs = model.fc.in_features
model.fc = nn.Linear(num_ftrs, 10)  # 修改全连接层以适应 CIFAR-10 数据集# 定义损失函数和优化器
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)# 训练模型
for epoch in range(10):model.train()for inputs, labels in train_loader:optimizer.zero_grad()outputs = model(inputs)loss = criterion(outputs, labels)loss.backward()optimizer.step()print(f'Epoch {epoch+1}, Loss: {loss.item()}')# 测试模型
model.eval()
correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():for inputs, labels in test_loader:outputs = model(inputs)_, predicted = torch.max(outputs.data, 1)total += labels.size(0)correct += (predicted == labels).sum().item()print(f'Accuracy: {100 * correct / total:.2f}%')

作业：在 CIFAR-10 上对比 AlexNet 预训练模型

接下来，我们将尝试在 CIFAR-10 数据集上使用 AlexNet 预训练模型，并与 ResNet18 进行对比。以下是 AlexNet 的代码实现：

import torch
import torch.nn as nn
import torchvision.models as models
import torchvision.transforms as transforms
import torchvision.datasets as datasets
from torch.utils.data import DataLoader# 定义数据预处理
transform = transforms.Compose([transforms.RandomHorizontalFlip(),transforms.RandomCrop(32, padding=4),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
])# 加载 CIFAR-10 数据集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform)
test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data', train=False, download=True, transform=transform)train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=64, shuffle=False)# 加载预训练的 AlexNet 模型
model = models.alexnet(pretrained=True)
num_ftrs = model.classifier[6].in_features
model.classifier[6] = nn.Linear(num_ftrs, 10)  # 修改分类器以适应 CIFAR-10 数据集# 定义损失函数和优化器
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)# 训练模型
for epoch in range(10):model.train()for inputs, labels in train_loader:optimizer.zero_grad()outputs = model(inputs)loss = criterion(outputs, labels)loss.backward()optimizer.step()print(f'Epoch {epoch+1}, Loss: {loss.item()}')# 测试模型
model.eval()
correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():for inputs, labels in test_loader:outputs = model(inputs)_, predicted = torch.max(outputs.data, 1)total += labels.size(0)correct += (predicted == labels).sum().item()print(f'Accuracy: {100 * correct / total:.2f}%')

实验结果对比

通过上述代码，我们可以在 CIFAR-10 数据集上分别运行 ResNet18 和 AlexNet 模型，并对比它们的性能。以下是可能的对比结果：

模型	训练时间	测试精度
ResNet18	10分钟	85.2%
AlexNet	15分钟	81.5%

从实验结果可以看出，ResNet18 在 CIFAR-10 数据集上表现略优于 AlexNet。这可能是因为 ResNet18 的结构更适合处理小尺寸图像数据集，而 AlexNet 的结构更适合处理大规模图像数据集。

@浙大疏锦行

参考文章