01 基本介绍

MindSpore Data（数据处理层）
ModelZoo（模型库）
MindSpore Science（科学计算），包含了业界领先的数据集、基础模型、预置高精度模型和前后处理工具
MindSpore Insight（可视化调试调优工具），能够可视化地查看训练过程、优化模型性能、调试精度问题、解释推理结果

02 快速入门

库

import mindspore
from mindspore import nn
from mindspore.dataset import vision, transforms
from mindspore.dataset import MnistDataset

处理数据集

下载Mnist数据集

# Download data from open datasets
from download import download

url = "https://mindspore-website.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/" \
      "notebook/datasets/MNIST_Data.zip"
path = download(url, "./", kind="zip", replace=True)

训练集、测试集

train_dataset = MnistDataset('MNIST_Data/train')
test_dataset = MnistDataset('MNIST_Data/test')

列名：图片 和 对应标签（分类）

数据处理流水线（Data Processing Pipeline）

参数：数据集、batch_size

def datapipe(dataset, batch_size):
    image_transforms = [                    
        vision.Rescale(1.0 / 255.0, 0),
        vision.Normalize(mean=(0.1307,), std=(0.3081,)),
        vision.HWC2CHW()
    ]
    label_transform = transforms.TypeCast(mindspore.int32)

    dataset = dataset.map(image_transforms, 'image')
    dataset = dataset.map(label_transform, 'label')
    dataset = dataset.batch(batch_size)
    return dataset

首先，数据变换（Transforms）：1、对输入数据（即图片）2、对输出（即标签）；
然后，map对图像数据及标签进行变换处理；
最后，将处理好的数据集打包为大小为64的batch

train_dataset = datapipe(train_dataset, 64)
test_dataset = datapipe(test_dataset, 64)

对数据集进行迭代访问

for data in test_dataset.create_dict_iterator():
    print(f"Shape of image [N, C, H, W]: {data['image'].shape} {data['image'].dtype}")
    print(f"Shape of label: {data['label'].shape} {data['label'].dtype}")
    break

网络构建

class Network(nn.Cell):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.flatten = nn.Flatten()
        self.dense_relu_sequential = nn.SequentialCell(
            nn.Dense(28*28, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Dense(512, 512),
            nn.ReLU(),
            nn.Dense(512, 10)
        )

    def construct(self, x):
        x = self.flatten(x)
        logits = self.dense_relu_sequential(x)
        return logits

model = Network()
print(model)

mindspore.nn类是构建所有网络的基类，也是网络的基本单元。

• 自定义网络时，可以继承nn.Cell类
• __init__包含所有网络层的定义
• construct（类似前向传播？？）包含数据（Tensor）的变换过程。

模型训练

定义损失函数、优化器

loss_fn = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = nn.SGD(model.trainable_params(), 1e-2)

一个完整的训练过程（step）需要实现以下三步：

1. 正向计算：模型预测结果（logits），并与正确标签（label）求预测损失（loss）。
2. 反向传播：利用自动微分机制，自动求模型参数（parameters）对于loss的梯度（gradients）。
3. 参数优化：将梯度更新到参数上。

定义正向计算函数。

def forward_fn(data, label):
    logits = model(data)
    loss = loss_fn(logits, label)
    return loss, logits

使用value_and_grad通过函数变换获得梯度计算函数。

grad_fn = mindspore.value_and_grad(forward_fn, None, optimizer.parameters, has_aux=True)

one-step training

def train_step(data, label):
    (loss, _), grads = grad_fn(data, label)
    optimizer(grads)
    return loss

定义训练函数，使用set_train设置为训练模式，执行正向计算、反向传播和参数优化。

def train(model, dataset):
    size = dataset.get_dataset_size()
    model.set_train()
    for batch, (data, label) in enumerate(dataset.create_tuple_iterator()):
        loss = train_step(data, label)

        if batch % 100 == 0:
            loss, current = loss.asnumpy(), batch
            print(f"loss: {loss:>7f}  [{current:>3d}/{size:>3d}]")

定义测试函数：用来评估模型的性能。

def test(model, dataset, loss_fn):
    num_batches = dataset.get_dataset_size()
    model.set_train(False)
    total, test_loss, correct = 0, 0, 0
    for data, label in dataset.create_tuple_iterator():
        pred = model(data)
        total += len(data)
        test_loss += loss_fn(pred, label).asnumpy()
        correct += (pred.argmax(1) == label).asnumpy().sum()
    test_loss /= num_batches
    correct /= total
    print(f"Test: \n Accuracy: {(100*correct):>0.1f}%, Avg loss: {test_loss:>8f} \n")

训练过程需多轮（epoch）训练数据集

epochs = 3
for t in range(epochs):
    print(f"Epoch {t+1}\n-------------------------------")
    train(model, train_dataset)
    test(model, test_dataset, loss_fn)
print("Done!")

保存模型

模型训练完成后，需要保存其参数。

mindspore.save_checkpoint(model, "model.ckpt")
print("Saved Model to model.ckpt")

加载模型

加载保存的权重

# 1、重新实例化模型对象，构造模型
model = Network()
# 加载模型参数，并将其加载至模型上。
param_dict = mindspore.load_checkpoint("model.ckpt")
param_not_load, _ = mindspore.load_param_into_net(model, param_dict)
print(param_not_load)

param_not_load是未被加载的参数列表，为空时代表所有参数均加载成功。

打卡-时间

from datetime import datetime
import pytz
# 设置时区为北京时区
beijing_tz = pytz.timezone('Asia/shanghai')
# 获取当前时间，并转为北京时间
current_beijing_time = datetime.now(beijing_tz)
# 格式化时间输出
formatted_time = current_beijing_time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print("当前北京时间:",formatted_time,'your name')