神经架构搜索的深度强化学习的pytorch代码

时间: 2023-10-02 08:06:48 浏览: 169
神经架构搜索(NAS)是一种自动化的机器学习方法,它使用深度强化学习来学习神经网络的结构。以下是一个使用PyTorch实现深度强化学习的神经结构搜索的示例代码: 首先,我们需要定义一个搜索空间。这个搜索空间定义了我们想要搜索的神经网络结构。在这个示例中,我们将使用一个简单的搜索空间,它包含了一些卷积层和全连接层。 ``` import random import torch.nn as nn class SearchSpace(): def __init__(self): self.conv_layers = [ nn.Conv2d(3, 32, 3, padding=1), nn.Conv2d(3, 64, 3, padding=1), nn.Conv2d(3, 128, 3, padding=1), ] self.fc_layers = [ nn.Linear(128 * 8 * 8, 512), nn.Linear(128 * 8 * 8, 1024), nn.Linear(128 * 8 * 8, 2048), ] def random_conv_layer(self): return random.choice(self.conv_layers) def random_fc_layer(self): return random.choice(self.fc_layers) def random_layer(self): if random.random() < 0.5: return self.random_conv_layer() else: return self.random_fc_layer() ``` 接下来,我们需要定义一个代理模型,它将作为我们在搜索过程中评估不同神经网络结构的模型。在这个示例中,我们将使用CIFAR-10数据集来评估每个神经网络结构的性能。 ``` import torch.optim as optim import torch.utils.data as data import torchvision.datasets as datasets import torchvision.transforms as transforms class ProxyModel(): def __init__(self, search_space): self.search_space = search_space self.model = nn.Sequential( self.search_space.random_conv_layer(), nn.ReLU(), nn.MaxPool2d(2), self.search_space.random_layer(), nn.ReLU(), self.search_space.random_layer(), nn.ReLU(), nn.MaxPool2d(2), nn.Flatten(), self.search_space.random_fc_layer(), nn.ReLU(), nn.Linear(512, 10), ) self.optimizer = optim.SGD(self.model.parameters(), lr=0.1) self.criterion = nn.CrossEntropyLoss() transform = transforms.Compose([ transforms.Resize(32), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)), ]) train_set = datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform) self.train_loader = data.DataLoader(train_set, batch_size=64, shuffle=True, num_workers=2) def evaluate(self, architecture): self.model.load_state_dict(architecture) self.model.train() for i, (inputs, labels) in enumerate(self.train_loader, 0): self.optimizer.zero_grad() outputs = self.model(inputs) loss = self.criterion(outputs, labels) loss.backward() self.optimizer.step() return loss.item() ``` 接下来,我们需要定义一个环境,它将接收来自代理模型的奖励并返回下一个状态。在这个示例中,我们将使用轮盘赌选择法来选择下一个神经网络结构。 ``` import numpy as np class Environment(): def __init__(self, search_space, proxy_model): self.search_space = search_space self.proxy_model = proxy_model self.current_architecture = None def reset(self): self.current_architecture = {} self.current_architecture['conv1'] = self.search_space.random_conv_layer().state_dict() self.current_architecture['fc1'] = self.search_space.random_fc_layer().state_dict() self.current_architecture['fc2'] = self.search_space.random_fc_layer().state_dict() return self.current_architecture def step(self, action): if action == 0: self.current_architecture['conv1'] = self.search_space.random_conv_layer().state_dict() elif action == 1: self.current_architecture['fc1'] = self.search_space.random_fc_layer().state_dict() elif action == 2: self.current_architecture['fc2'] = self.search_space.random_fc_layer().state_dict() reward = self.proxy_model.evaluate(self.current_architecture) next_state = self.current_architecture done = False return next_state, reward, done ``` 最后,我们需要定义一个智能体,它将使用深度强化学习来搜索最佳神经网络结构。在这个示例中,我们将使用深度Q学习算法。 ``` import torch.nn.functional as F class Agent(): def __init__(self, search_space, proxy_model, env): self.search_space = search_space self.proxy_model = proxy_model self.env = env self.gamma = 0.9 self.epsilon = 1.0 self.epsilon_decay = 0.99 self.epsilon_min = 0.01 self.memory = [] self.batch_size = 32 self.model = nn.Sequential( nn.Linear(768, 128), nn.ReLU(), nn.Linear(128, 64), nn.ReLU(), nn.Linear(64, 3), ) self.optimizer = optim.Adam(self.model.parameters(), lr=0.001) def act(self, state): if np.random.rand() <= self.epsilon: return np.random.randint(3) else: state_tensor = torch.tensor([list(state['conv1'].values()) + list(state['fc1'].values()) + list(state['fc2'].values())]) q_values = self.model(state_tensor.float()) return torch.argmax(q_values).item() def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.memory.append((state, action, reward, next_state, done)) def replay(self): if len(self.memory) < self.batch_size: return batch = random.sample(self.memory, self.batch_size) states, actions, rewards, next_states, dones = zip(*batch) state_tensors = torch.tensor([list(state['conv1'].values()) + list(state['fc1'].values()) + list(state['fc2'].values()) for state in states]) action_tensors = torch.tensor(actions) reward_tensors = torch.tensor(rewards) next_state_tensors = torch.tensor([list(state['conv1'].values()) + list(state['fc1'].values()) + list(state['fc2'].values()) for state in next_states]) done_tensors = torch.tensor(dones) q_values = self.model(state_tensors.float()) next_q_values = self.model(next_state_tensors.float()) max_next_q_values = torch.max(next_q_values, dim=1)[0] expected_q_values = reward_tensors + self.gamma * max_next_q_values * (1 - done_tensors) q_value = q_values.gather(1, action_tensors.unsqueeze(1)).squeeze() loss = F.smooth_l1_loss(q_value, expected_q_values.detach()) self.optimizer.zero_grad() loss.backward() self.optimizer.step() if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay def train(self, episodes=100): for episode in range(episodes): state = self.env.reset() done = False while not done: action = self.act(state) next_state, reward, done = self.env.step(action) self.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state self.replay() ``` 现在我们可以训练我们的智能体来搜索最佳神经网络结构: ``` search_space = SearchSpace() proxy_model = ProxyModel(search_space) env = Environment(search_space, proxy_model) agent = Agent(search_space, proxy_model, env) agent.train() ``` 请注意,这只是一个简单的示例代码,实际上神经结构搜索可能需要更复杂的搜索空间和代理模型来获得更好的性能。
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