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Microsoft Fabric で PyTorch を使用してモデルをトレーニングする方法

  • [アーティクル]

PyTorch は、Torch ライブラリに基づく機械学習フレームワークです。 コンピューター ビジョンや自然言語処理などのアプリでよく使用されます。 この記事では、PyTorch モデルのイテレーションをトレーニングおよび追跡する方法の例について説明します。

PyTorch をインストールする

PyTorch の使用を開始するには、ノートブック内にインストールされていることを確認する必要があります。 次のコマンドを使用して、環境に PyTorch をインストールまたは、バージョンをアップグレードできます。

%pip install torch

機械学習の実験を設定する

次に、MLFLow API を使用して機械学習実験を作成します。 MLflow set_experiment() API は、まだ存在しない場合に新しい機械学習実験を作成します。

import mlflow

mlflow.set_experiment("sample-pytorch")

Pytorch モデルのトレーニングと評価

実験が作成された後、次のコードは MNSIT データセットを読み込み、テスト データセットとトレーニング データセットを生成し、トレーニング関数を作成します。

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 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 not exist, download 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)))

## 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"

## training
model = LeNet()

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

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

for epoch in range(1):
    # trainning
    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
                )
            )
    # 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())

MLflow を使用してモデルをログする

次に、MLflow の実行を開始し、機械学習実験内で結果を追跡します。

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}")

上記のコードでは、指定したパラメータを使用して実行を作成し、sample-pytorch 実験内で実行をログに記録します。 このスニペットは、sample-pytorch という名前の新しいモデルを作成します。

モデルを読み込み、評価する

モデルが保存されたら、推論のためにモデルを読み込むこともできます。

# 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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