基础入门
环境搭建
介绍如何根据不同的操作系统(如 Windows、Linux、macOS)和计算需求(CPU 或 GPU)安装 PyTorch 及其相关依赖库(如 torchvision、torchaudio 等),同时可能会提及虚拟环境的创建与使用,以确保开发环境的独立性和稳定性。
张量(Tensor)基础
张量概念:讲解张量是 PyTorch 中最基本的数据结构,类似于 NumPy 的数组,但能在 GPU 上高效计算,可将其看作多维数组。
张量创建:演示多种创建张量的方法,如使用 torch.tensor()、torch.zeros()、torch.ones()、torch.rand() 等函数创建不同形状和数据类型的张量。
张量操作:介绍张量的基本操作,包括索引、切片、数学运算(加、减、乘、除等)、形状变换(如 view()、reshape())等,以及张量与 NumPy 数组之间的相互转换。
自动求导(Autograd)
原理讲解:解释 PyTorch 的自动求导机制 Autograd 的工作原理,它能够自动计算张量的梯度,这是深度学习中反向传播算法的核心。
代码示例:通过简单的函数示例,展示如何创建需要计算梯度的张量,定义函数,调用 backward() 方法计算梯度,并访问和使用计算得到的梯度。
神经网络构建
模块(nn.Module)使用
自定义网络:介绍如何使用 torch.nn 模块中的 nn.Module 基类来定义自定义的神经网络。通过继承该类,重写 __init__() 方法初始化网络层,重写 forward() 方法定义前向传播过程。
常见网络层:讲解常见的神经网络层,如全连接层(nn.Linear)、卷积层(nn.Conv2d)、池化层(nn.MaxPool2d)、激活函数层(如 nn.ReLU、nn.Sigmoid)等的使用方法和参数含义。
损失函数与优化器
损失函数:介绍不同类型的损失函数,如交叉熵损失(nn.CrossEntropyLoss)、均方误差损失(nn.MSELoss)等,以及它们在不同任务(分类、回归等)中的应用。
优化器:讲解常见的优化器,如随机梯度下降(SGD)、自适应矩估计(Adam)、Adagrad 等,如何使用 torch.optim 模块实例化优化器,并设置学习率、动量等参数。
数据处理与加载
数据预处理
转换操作:介绍 torchvision.transforms 模块中的常见数据预处理操作,如将图像转换为张量(transforms.ToTensor())、归一化(transforms.Normalize())、随机裁剪(transforms.RandomCrop())、水平翻转(transforms.RandomHorizontalFlip())等,以及如何组合这些操作形成预处理流水线。
数据集与数据加载器
内置数据集:演示如何使用 torchvision.datasets 模块中的内置数据集,如 MNIST、CIFAR - 10 等,包括数据集的下载、加载和使用。
数据加载器:介绍 torch.utils.data.DataLoader 类的使用,它可以将数据集封装成可迭代的数据加载器,方便进行批量训练和并行处理,同时可以设置批量大小、是否打乱数据等参数。
模型训练与评估
训练流程
训练循环:详细介绍模型训练的完整流程,包括定义模型、损失函数和优化器,遍历训练数据集,进行前向传播计算损失,反向传播计算梯度,使用优化器更新模型参数等步骤,并展示如何在训练过程中监控损失值的变化。
训练技巧:可能会提及一些训练技巧,如学习率调整策略(如学习率衰减)、早停机制等,以提高模型的训练效果和泛化能力。
模型评估
评估指标:介绍在测试数据集上评估模型性能的常见指标,如准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1 值等,以及如何使用这些指标来评估分类模型的性能。
代码实现:展示如何在测试数据集上进行模型评估,计算并输出评估指标。
高级应用与扩展
复杂网络结构
卷积神经网络(CNN):深入介绍卷积神经网络的原理和结构,包括卷积层、池化层的工作机制,以及如何使用 PyTorch 构建常见的 CNN 模型,如 LeNet、AlexNet、VGG 等。
循环神经网络(RNN)及其变体:讲解循环神经网络的基本原理和存在的问题,以及其变体如长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)的工作机制和在序列数据处理中的应用,如自然语言处理中的文本分类、机器翻译等任务。
模型保存与加载
保存模型:介绍如何使用 torch.save() 函数保存模型的参数(state_dict)或整个模型,以及保存模型的不同场景和注意事项。
加载模型:演示如何使用 torch.load() 函数加载已保存的模型参数,并将其应用到新的模型实例中,实现模型的继续训练或推理。
分布式训练与部署
分布式训练:简要介绍在多 GPU 或多节点环境下进行分布式训练的原理和方法,如使用 torch.nn.parallel.DistributedDataParallel 实现数据并行训练。
模型部署:提及将训练好的 PyTorch 模型部署到生产环境中的常见方法,如使用 Torchscript 进行模型序列化和推理,以及与其他框架或工具(如 TensorRT)结合进行模型加速。
课程目录:
1.深度学习框架The most popular courses