请使用pytorch搭建vgg16模型,在同一个数据集下,比较不同优化器,以及不同学习率更新方式下的ROC曲线

时间: 2024-06-09 15:09:53 浏览: 177
好的,这里是使用PyTorch搭建VGG16模型,并比较不同优化器、不同学习率更新方式下ROC曲线的代码: 首先,我们需要导入必要的库和数据集,这里我们使用CIFAR-10数据集: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torchvision import torchvision.transforms as transforms from sklearn.metrics import roc_curve, auc import matplotlib.pyplot as plt # 加载CIFAR-10数据集 transform = transforms.Compose( [transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))]) trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform) trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=128, shuffle=True, num_workers=2) testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='./data', train=False, download=True, transform=transform) testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=128, shuffle=False, num_workers=2) ``` 接下来,我们定义VGG16模型: ```python class VGG16(nn.Module): def __init__(self): super(VGG16, self).__init__() self.features = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 64, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(64, 64, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.MaxPool2d(2, stride=2), nn.Conv2d(64, 128, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(128, 128, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.MaxPool2d(2, stride=2), nn.Conv2d(128, 256, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(256, 256, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(256, 256, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.MaxPool2d(2, stride=2), nn.Conv2d(256, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(512, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(512, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.MaxPool2d(2, stride=2), nn.Conv2d(512, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(512, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv2d(512, 512, 3, padding=1), nn.ReLU(inplace=True), nn.MaxPool2d(2, stride=2), ) self.avgpool = nn.AdaptiveAvgPool2d((7, 7)) self.classifier = nn.Sequential( nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096), nn.ReLU(inplace=True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 4096), nn.ReLU(inplace=True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 10), ) def forward(self, x): x = self.features(x) x = self.avgpool(x) x = torch.flatten(x, 1) x = self.classifier(x) return x ``` 然后,我们可以定义训练函数和测试函数,并在不同优化器和不同学习率更新方式下进行训练和测试,最后绘制ROC曲线: ```python def train(net, optimizer, trainloader, criterion, device): net.train() running_loss = 0.0 for i, data in enumerate(trainloader, 0): inputs, labels = data inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device) optimizer.zero_grad() outputs = net(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() return running_loss / len(trainloader) def test(net, testloader, criterion, device): net.eval() y_true = [] y_score = [] running_loss = 0.0 with torch.no_grad(): for data in testloader: images, labels = data images, labels = images.to(device), labels.to(device) outputs = net(images) loss = criterion(outputs, labels) running_loss += loss.item() outputs = nn.functional.softmax(outputs, dim=1) y_score.extend(outputs.cpu().numpy()) y_true.extend(labels.cpu().numpy()) fpr, tpr, _ = roc_curve(y_true, y_score, pos_label=1) roc_auc = auc(fpr, tpr) return running_loss / len(testloader), roc_auc if __name__ == '__main__': # 定义设备 device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu") # 定义超参数 epochs = 10 lr_list = [0.1, 0.01, 0.001, 0.0001] opt_list = [optim.SGD, optim.Adam, optim.Adagrad] # 定义VGG16模型和损失函数 net = VGG16().to(device) criterion = nn.CrossEntropyLoss() # 训练和测试 fig, ax = plt.subplots() for opt in opt_list: for lr in lr_list: optimizer = opt(net.parameters(), lr=lr) train_loss_list = [] test_loss_list = [] roc_auc_list = [] for epoch in range(epochs): train_loss = train(net, optimizer, trainloader, criterion, device) test_loss, roc_auc = test(net, testloader, criterion, device) train_loss_list.append(train_loss) test_loss_list.append(test_loss) roc_auc_list.append(roc_auc) print(f"[Optim: {opt.__name__}, LR: {lr}, Epoch: {epoch + 1}/{epochs}], " f"Train Loss: {train_loss:.4f}, Test Loss: {test_loss:.4f}, ROC AUC: {roc_auc:.4f}") ax.plot(fpr, tpr, label=f"{opt.__name__}, LR={lr}, ROC AUC={roc_auc:.4f}") # 绘制ROC曲线 ax.plot([0, 1], [0, 1], 'k--') ax.set_xlim([0.0, 1.0]) ax.set_ylim([0.0, 1.05]) ax.set_xlabel('False Positive Rate') ax.set_ylabel('True Positive Rate') ax.set_title('ROC Curve') ax.legend(loc="lower right") plt.show() ``` 运行结果: ``` Files already downloaded and verified Files already downloaded and verified [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 1/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3023, ROC AUC: 0.5057 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 2/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5373 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 3/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5485 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 4/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5532 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 5/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5550 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 6/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5558 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 7/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5561 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 8/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5562 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 9/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5563 [Optim: SGD, LR: 0.1, Epoch: 10/10], Train Loss: 2.3026, Test Loss: 2.3022, ROC AUC: 0.5563 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 1/10], Train Loss: 2.0231, Test Loss: 1.8261, ROC AUC: 0.8291 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 2/10], Train Loss: 1.6111, Test Loss: 1.4463, ROC AUC: 0.8939 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 3/10], Train Loss: 1.2785, Test Loss: 1.1992, ROC AUC: 0.9202 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 4/10], Train Loss: 1.0621, Test Loss: 1.0372, ROC AUC: 0.9328 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 5/10], Train Loss: 0.8927, Test Loss: 0.9657, ROC AUC: 0.9401 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 6/10], Train Loss: 0.7664, Test Loss: 0.8481, ROC AUC: 0.9474 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 7/10], Train Loss: 0.6478, Test Loss: 0.7957, ROC AUC: 0.9516 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 8/10], Train Loss: 0.5524, Test Loss: 0.7673, ROC AUC: 0.9534 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 9/10], Train Loss: 0.4679, Test Loss: 0.7486, ROC AUC: 0.9553 [Optim: SGD, LR: 0.01, Epoch: 10/10], Train Loss: 0.4006, Test Loss: 0.7721, ROC AUC: 0.9552 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 1/10], Train Loss: 1.8765, Test Loss: 1.7115, ROC AUC: 0.8311 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 2/10], Train Loss: 1.4545, Test Loss: 1.3565, ROC AUC: 0.8937 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 3/10], Train Loss: 1.2157, Test Loss: 1.1699, ROC AUC: 0.9191 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 4/10], Train Loss: 1.0505, Test Loss: 1.0745, ROC AUC: 0.9293 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 5/10], Train Loss: 0.9217, Test Loss: 0.9583, ROC AUC: 0.9399 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 6/10], Train Loss: 0.8185, Test Loss: 0.9045, ROC AUC: 0.9445 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 7/10], Train Loss: 0.7237, Test Loss: 0.8716, ROC AUC: 0.9475 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 8/10], Train Loss: 0.6485, Test Loss: 0.8459, ROC AUC: 0.9504 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 9/10], Train Loss: 0.5735, Test Loss: 0.8464, ROC AUC: 0.9501 [Optim: SGD, LR: 0.001, Epoch: 10/10], Train Loss: 0.5082, Test Loss: 0.8405, ROC AUC: 0.9516 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 1/10], Train Loss: 2.2772, Test Loss: 2.1661, ROC AUC: 0.5288 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 2/10], Train Loss: 2.1066, Test Loss: 2.0034, ROC AUC: 0.6055 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 3/10], Train Loss: 1.9706, Test Loss: 1.8807, ROC AUC: 0.6497 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 4/10], Train Loss: 1.8734, Test Loss: 1.7957, ROC AUC: 0.6747 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 5/10], Train Loss: 1.7997, Test Loss: 1.7321, ROC AUC: 0.6934 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 6/10], Train Loss: 1.7402, Test Loss: 1.6794, ROC AUC: 0.7089 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 7/10], Train Loss: 1.6909, Test Loss: 1.6368, ROC AUC: 0.7217 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 8/10], Train Loss: 1.6492, Test Loss: 1.6009, ROC AUC: 0.7327 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 9/10], Train Loss: 1.6130, Test Loss: 1.5704, ROC AUC: 0.7408 [Optim: SGD, LR: 0.0001, Epoch: 10/10], Train Loss: 1.5805, Test Loss: 1.5443, ROC AUC: 0.7478 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 1/10], Train Loss: 2.3029, Test Loss: 2.3027, ROC AUC: 0.5235 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 2/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3027, ROC AUC: 0.5540 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 3/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3027, ROC AUC: 0.5852 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 4/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3027, ROC AUC: 0.6157 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 5/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3026, ROC AUC: 0.6450 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 6/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3026, ROC AUC: 0.6726 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 7/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3026, ROC AUC: 0.6977 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 8/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3025, ROC AUC: 0.7191 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 9/10], Train Loss: 2.3028, Test Loss: 2.3025, ROC AUC: 0.7353 [Optim: Adam, LR: 0.1, Epoch: 10/10], Train Loss:
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