PyTorch学习之六个学习率调整策略

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2021-12-04 07:37 479阅读 0赞

PyTorch学习率调整策略通过`torch.optim.lr_scheduler`接口实现。PyTorch提供的学习率调整策略分为**三大类**，分别是

1.  **有序调整**：等间隔调整(Step)，按需调整学习率(MultiStep)，指数衰减调整(Exponential)和 余弦退火CosineAnnealing。
2.  **自适应调整**：自适应调整学习率 ReduceLROnPlateau。
3.  **自定义调整**：自定义调整学习率 LambdaLR。

# 1、等间隔调整学习率 StepLR #

等间隔调整学习率，调整倍数为 gamma 倍，调整间隔为 step\_size。间隔单位是step。需要注意的是， step 通常是指 epoch，不要弄成 iteration 了。

torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size, gamma=0.1, last_epoch=-1)
     
    '''
    step_size(int)- 学习率下降间隔数，若为 30，则会在 30、 60、 90…个 step 时，将学习率调整为 lr*gamma。
    gamma(float)- 学习率调整倍数，默认为 0.1 倍，即下降 10 倍。
    last_epoch(int)- 上一个 epoch 数，这个变量用来指示学习率是否需要调整。当last_epoch 符合设定的间隔时，就会对学习率进行调整。当为-1 时，学习率设置为初始值。
    '''

# 2 、按需调整学习率 MultiStepLR #

按设定的间隔调整学习率。这个方法适合后期调试使用，观察 loss 曲线，为每个实验定制学习率调整时机。

torch.optim.lr_scheduler.MultiStepLR(optimizer, milestones, gamma=0.1, last_epoch=-1)
     
    '''
    milestones(list)- 一个 list，每一个元素代表何时调整学习率， list 元素必须是递增的。如 milestones=[30,80,120]
    gamma(float)- 学习率调整倍数，默认为 0.1 倍，即下降 10 倍。
    '''

# 3、 指数衰减调整学习率 ExponentialLR #

按指数衰减调整学习率，调整公式: `lr=lr∗gamma∗∗epoch`

torch.optim.lr_scheduler.ExponentialLR(optimizer, gamma, last_epoch=-1)
     
    '''
    gamma- 学习率调整倍数的底，指数为 epoch，即 gamma**epoch
    '''

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4NDEwNDI4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 4 、余弦退火调整学习率 CosineAnnealingLR #

以余弦函数为周期，并在每个周期最大值时重新设置学习率。以初始学习率为最大学习率，以 `2∗T_max` 为周期，在一个周期内先下降，后上升。

torch.optim.lr_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T_max, eta_min=0, last_epoch=-1)
     
    '''
    T_max(int)- 一次学习率周期的迭代次数，即 T_max 个 epoch 之后重新设置学习率。
    eta_min(float)- 最小学习率，即在一个周期中，学习率最小会下降到 eta_min，默认值为 0。
    '''

> torch.optim.lr\_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T\_max, eta\_min=0, last\_epoch=-1)

参数：

T\_max(int)- 一次学习率周期的迭代次数，即 T\_max 个 epoch 之后重新设置学习率。  
    eta\_min(float)- 最小学习率，即在一个周期中，学习率最小会下降到 eta\_min，默认值为 0。

> 学习率调整公式为：  
> ![在这里插入图片描述][20190424094140496.png]  
> 可以看出是以初始学习率为最大学习率，以2\*Tmax为周期，在一个周期内先下降，后上升。

实例：T\_max = 200, 初始学习率 = 0.001, eta\_min = 0  
![在这里插入图片描述][20190424094149551.png]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjQ0MDg1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjQ0MDg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NjQ0MDg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

# 5 、自适应调整学习率 ReduceLROnPlateau #

当某指标不再变化（下降或升高），调整学习率，这是非常实用的学习率调整策略。  
例如，当验证集的 loss 不再下降时，进行学习率调整；或者监测验证集的 accuracy，当accuracy 不再上升时，则调整学习率。

torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(optimizer, mode='min', factor=0.1, patience=10, 
    verbose=False, threshold=0.0001, threshold_mode='rel', cooldown=0, min_lr=0, eps=1e-08)
     
    '''
    mode(str)- 模式选择，有 min 和 max 两种模式， min 表示当指标不再降低(如监测loss)， max 表示当指标不再升高(如监测 accuracy)。
    factor(float)- 学习率调整倍数(等同于其它方法的 gamma)，即学习率更新为 lr = lr * factor
    patience(int)- 忍受该指标多少个 step 不变化，当忍无可忍时，调整学习率。
    verbose(bool)- 是否打印学习率信息， print(‘Epoch {:5d}: reducing learning rate of group {} to {:.4e}.’.format(epoch, i, new_lr))
    threshold_mode(str)- 选择判断指标是否达最优的模式，有两种模式， rel 和 abs。
    当 threshold_mode == rel，并且 mode == max 时， dynamic_threshold = best * ( 1 +threshold )；
    当 threshold_mode == rel，并且 mode == min 时， dynamic_threshold = best * ( 1 -threshold )；
    当 threshold_mode == abs，并且 mode== max 时， dynamic_threshold = best + threshold ；
    当 threshold_mode == rel，并且 mode == max 时， dynamic_threshold = best - threshold；
    threshold(float)- 配合 threshold_mode 使用。
    cooldown(int)- “冷却时间“，当调整学习率之后，让学习率调整策略冷静一下，让模型再训练一段时间，再重启监测模式。
    min_lr(float or list)- 学习率下限，可为 float，或者 list，当有多个参数组时，可用 list 进行设置。
    eps(float)- 学习率衰减的最小值，当学习率变化小于 eps 时，则不调整学习率。
    '''

# 6 、自定义调整学习率 LambdaLR #

为不同参数组设定不同学习率调整策略。调整规则为，

lr=base_lr∗lmbda(self.last_epoch)

fine-tune 中十分有用，我们不仅可为不同的层设定不同的学习率，还可以为其设定不同的学习率调整策略。

torch.optim.lr_scheduler.LambdaLR(optimizer, lr_lambda, last_epoch=-1)
     
    '''
    lr_lambda(function or list)- 一个计算学习率调整倍数的函数，输入通常为 step，当有多个参数组时，设为 list。
    '''

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