Cómo entrenar modelos con PyTorch en Microsoft Fabric

Este artículo describe cómo entrenar y realizar un seguimiento de las iteraciones del modelo de PyTorch. El marco de aprendizaje automático PyTorch se basa en la biblioteca Torch. PyTorch se usa a menudo para aplicaciones de procesamiento de lenguaje natural y Computer Vision.

Requisitos previos

Instale PyTorch y torchvision en el cuaderno. Puede instalar o actualizar la versión de estas bibliotecas en su entorno mediante el siguiente comando:

shell

pip install torch torchvision

Configuración del experimento de aprendizaje automático

Puede crear un experimento de aprendizaje automático mediante la API de MLFLow. La función MLflow set_experiment() crea un nuevo experimento de aprendizaje automático denominado sample-pytorch, si aún no existe.

Para crear un experimento, ejecute el siguiente código en un cuaderno:

Python

import mlflow

mlflow.set_experiment("sample-pytorch")

Entrenamiento y evaluación de un modelo de Pytorch

Después de configurar el experimento, cargue el conjunto de datos Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST). Genere los conjuntos de datos de prueba y entrenamiento y, a continuación, cree una función de entrenamiento.

Ejecute el código siguiente en el cuaderno y entrene el modelo de Pytorch:

Python

import os
import torch
import torch.nn as nn
from torch.autograd import Variable
import torchvision.datasets as dset
import torchvision.transforms as transforms
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim

# Load the MNIST dataset
root = "/tmp/mnist"
if not os.path.exists(root):
    os.mkdir(root)

trans = transforms.Compose(
    [transforms.ToTensor(), transforms.Normalize((0.5,), (1.0,))]
)

# If the data doesn't exist, download the MNIST dataset
train_set = dset.MNIST(root=root, train=True, transform=trans, download=True)
test_set = dset.MNIST(root=root, train=False, transform=trans, download=True)

batch_size = 100

train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
    dataset=train_set, batch_size=batch_size, shuffle=True
)
test_loader = torch.utils.data.DataLoader(
    dataset=test_set, batch_size=batch_size, shuffle=False
) 

print("==>>> total trainning batch number: {}".format(len(train_loader)))
print("==>>> total testing batch number: {}".format(len(test_loader)))

# Define the network
class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 20, 5, 1)
        self.conv2 = nn.Conv2d(20, 50, 5, 1)
        self.fc1 = nn.Linear(4 * 4 * 50, 500)
        self.fc2 = nn.Linear(500, 10)

    def forward(self, x): 
        x = F.relu(self.conv1(x))
        x = F.max_pool2d(x, 2, 2)
        x = F.relu(self.conv2(x))
        x = F.max_pool2d(x, 2, 2)
        x = x.view(-1, 4 * 4 * 50)
        x = F.relu(self.fc1(x))
        x = self.fc2(x)
        return x

    def name(self):
        return "LeNet"

# Train the model
model = LeNet()

optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.9)

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

for epoch in range(1):
    # Model training
    ave_loss = 0
    for batch_idx, (x, target) in enumerate(train_loader):
        optimizer.zero_grad()
        x, target = Variable(x), Variable(target)
        out = model(x)
        loss = criterion(out, target)
        ave_loss = (ave_loss * batch_idx + loss.item()) / (batch_idx + 1)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if (batch_idx + 1) % 100 == 0 or (batch_idx + 1) == len(train_loader):
            print(
                "==>>> epoch: {}, batch index: {}, train loss: {:.6f}".format(
                    epoch, batch_idx + 1, ave_loss
                )
            )
    # Model testing
    correct_cnt, total_cnt, ave_loss = 0, 0, 0
    for batch_idx, (x, target) in enumerate(test_loader):
        x, target = Variable(x, volatile=True), Variable(target, volatile=True)
        out = model(x)
        loss = criterion(out, target)
        _, pred_label = torch.max(out.data, 1)
        total_cnt += x.data.size()[0]
        correct_cnt += (pred_label == target.data).sum()
        ave_loss = (ave_loss * batch_idx + loss.item()) / (batch_idx + 1)

        if (batch_idx + 1) % 100 == 0 or (batch_idx + 1) == len(test_loader):
            print(
                "==>>> epoch: {}, batch index: {}, test loss: {:.6f}, acc: {:.3f}".format(
                    epoch, batch_idx + 1, ave_loss, correct_cnt * 1.0 / total_cnt
                )
            )

torch.save(model.state_dict(), model.name())

Registro de un modelo con MLflow

La siguiente tarea inicia una ejecución de MLflow y realiza un seguimiento de los resultados dentro del experimento de aprendizaje automático. El código de ejemplo crea un nuevo modelo denominado sample-pytorch. Crea una ejecución con los parámetros especificados y registra la ejecución en el experimento sample-pytorch.

Ejecute el código siguiente en su cuaderno y registre el modelo:

Python

with mlflow.start_run() as run:
    print("log pytorch model:")
    mlflow.pytorch.log_model(
        model, "pytorch-model", registered_model_name="sample-pytorch"
    )

    model_uri = "runs:/{}/pytorch-model".format(run.info.run_id)
    print("Model saved in run %s" % run.info.run_id)
    print(f"Model URI: {model_uri}")

Cargar y evaluar el modelo

Una vez que hayamos guardado el modelo, puede cargarlo para la inferencia.

Ejecute el código siguiente en su cuaderno y cargue el modelo para la inferencia:

Python

# Inference with loading the logged model
loaded_model = mlflow.pytorch.load_model(model_uri)
print(type(loaded_model))

correct_cnt, total_cnt, ave_loss = 0, 0, 0
for batch_idx, (x, target) in enumerate(test_loader):
    x, target = Variable(x, volatile=True), Variable(target, volatile=True)
    out = loaded_model(x)
    loss = criterion(out, target)
    _, pred_label = torch.max(out.data, 1)
    total_cnt += x.data.size()[0]
    correct_cnt += (pred_label == target.data).sum()
    ave_loss = (ave_loss * batch_idx + loss.item()) / (batch_idx + 1)

    if (batch_idx + 1) % 100 == 0 or (batch_idx + 1) == len(test_loader):
        print(
            "==>>> epoch: {}, batch index: {}, test loss: {:.6f}, acc: {:.3f}".format(
                epoch, batch_idx + 1, ave_loss, correct_cnt * 1.0 / total_cnt
            )
        )

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