飞桨重写波士顿房价

本文主要是介绍飞桨重写波士顿房价，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

数据集超链接

#加载飞桨、Numpy和相关类库
import paddle
from paddle.nn import Linear
import paddle.nn.functional as F
import numpy as np
import os
import random

动态图模式（命令式编程范式，类比Python）：解析式的执行方式。用户无需预先定义完整的网络结构，每写一行网络代码，即可同时获得计算结果。
静态图模式（声明式编程范式，类比C++）：先编译后执行的方式。用户需预先定义完整的网络结构，再对网络结构进行编译优化后，才能执行获得计算结果。

def load_data():
    # 从文件导入数据
    datafile = 'D:浏览器下载/housing.data'
    data = np.fromfile(datafile, sep=' ', dtype=np.float32)

    # 每条数据包括14项，其中前面13项是影响因素，第14项是相应的房屋价格中位数
    feature_names = [ 'CRIM', 'ZN', 'INDUS', 'CHAS', 'NOX', 'RM', 'AGE', \
                      'DIS', 'RAD', 'TAX', 'PTRATIO', 'B', 'LSTAT', 'MEDV' ]
    feature_num = len(feature_names)

    # 将原始数据进行Reshape，变成[N, 14]这样的形状
    data = data.reshape([data.shape[0] // feature_num, feature_num])

    # 将原数据集拆分成训练集和测试集
    # 这里使用80%的数据做训练，20%的数据做测试
    # 测试集和训练集必须是没有交集的
    ratio = 0.8
    offset = int(data.shape[0] * ratio)
    training_data = data[:offset]

    # 计算train数据集的最大值，最小值，平均值
    maximums, minimums, avgs = training_data.max(axis=0), training_data.min(axis=0), \
                                 training_data.sum(axis=0) / training_data.shape[0]
    
    # 记录数据的归一化参数，在预测时对数据做归一化
    global max_values
    global min_values
    global avg_values
    max_values = maximums
    min_values = minimums
    avg_values = avgs

    # 对数据进行归一化处理
    for i in range(feature_num):
        data[:, i] = (data[:, i] - avgs[i]) / (maximums[i] - minimums[i])

    # 训练集和测试集的划分比例
    training_data = data[:offset]
    test_data = data[offset:]
    return training_data, test_data

class Regressor(paddle.nn.Layer):

    # self代表类的实例自身
    def __init__(self):
        # 初始化父类中的一些参数
        super(Regressor, self).__init__()
        
        # 定义一层全连接层，输入维度是13，输出维度是1
        self.fc = Linear(in_features=13, out_features=1)
    
    # 网络的前向计算，x为房价预测结果
    def forward(self, inputs):
        x = self.fc(inputs)
        return x

声明定义好的回归模型Regressor实例，并将模型的状态设置为训练。
使用load_data函数加载训练数据和测试数据。
设置优化算法和学习率，优化算法采用随机梯度下降SGD，学习率设置为0.01。

# 声明定义好的线性回归模型
model = Regressor()
# 开启模型训练模式
model.train()
# 加载数据
training_data, test_data = load_data()
# 定义优化算法，使用随机梯度下降SGD
# 学习率设置为0.01
opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.01, parameters=model.parameters())

模型实例有两种状态：训练状态.train()和预测状态.eval()。训练时要执行正向计算和反向传播梯度两个过程，而预测时只需要执行正向计算，为模型指定运行状态

EPOCH_NUM = 10   # 设置外层循环次数
BATCH_SIZE = 10  # 设置batch大小

# 定义外层循环
for epoch_id in range(EPOCH_NUM):
    # 在每轮迭代开始之前，将训练数据的顺序随机的打乱
    np.random.shuffle(training_data)
    # 将训练数据进行拆分，每个batch包含10条数据
    mini_batches = [training_data[k:k+BATCH_SIZE] for k in range(0, len(training_data), BATCH_SIZE)]
    # 定义内层循环
    for iter_id, mini_batch in enumerate(mini_batches):
        x = np.array(mini_batch[:, :-1]) # 获得当前批次训练数据
        y = np.array(mini_batch[:, -1:]) # 获得当前批次训练标签（真实房价）
        # 将numpy数据转为飞桨动态图tensor形式
        house_features = paddle.to_tensor(x)
        prices = paddle.to_tensor(y)
        
        # 前向计算
        predicts = model(house_features)
        
        # 计算损失
        loss = F.square_error_cost(predicts, label=prices)
        avg_loss = paddle.mean(loss)
        if iter_id%20==0:
            print("epoch: {}, iter: {}, loss is: {}".format(epoch_id, iter_id, avg_loss.numpy()))
        
        # 反向传播
        avg_loss.backward()
        # 最小化loss,更新参数
        opt.step()
        # 清除梯度
        opt.clear_grad()

epoch: 0, iter: 0, loss is: [0.1494867]
epoch: 0, iter: 20, loss is: [0.08427192]
epoch: 0, iter: 40, loss is: [0.07899499]
epoch: 1, iter: 0, loss is: [0.04854598]
epoch: 1, iter: 20, loss is: [0.10935007]
epoch: 1, iter: 40, loss is: [0.06932441]
epoch: 2, iter: 0, loss is: [0.09248729]
epoch: 2, iter: 20, loss is: [0.09958001]
epoch: 2, iter: 40, loss is: [0.18924591]
epoch: 3, iter: 0, loss is: [0.03678835]
epoch: 3, iter: 20, loss is: [0.05555127]
epoch: 3, iter: 40, loss is: [0.09124018]
epoch: 4, iter: 0, loss is: [0.02770482]
epoch: 4, iter: 20, loss is: [0.07265414]
epoch: 4, iter: 40, loss is: [0.02839946]
epoch: 5, iter: 0, loss is: [0.05219327]
epoch: 5, iter: 20, loss is: [0.03690437]
epoch: 5, iter: 40, loss is: [0.03987304]
epoch: 6, iter: 0, loss is: [0.02996459]
epoch: 6, iter: 20, loss is: [0.08583923]
epoch: 6, iter: 40, loss is: [0.04165906]
epoch: 7, iter: 0, loss is: [0.04495484]
epoch: 7, iter: 20, loss is: [0.06099489]
epoch: 7, iter: 40, loss is: [0.08534448]
epoch: 8, iter: 0, loss is: [0.04902298]
epoch: 8, iter: 20, loss is: [0.06693803]
epoch: 8, iter: 40, loss is: [0.03054288]
epoch: 9, iter: 0, loss is: [0.02795858]
epoch: 9, iter: 20, loss is: [0.09886132]
epoch: 9, iter: 40, loss is: [0.01993782]

数据准备：将一个批次的数据先转换成np.array格式，再转换成paddle内置tensor格式。
前向计算：将一个批次的样本数据灌入网络中，计算输出结果。
计算损失函数：以前向计算结果和真实房价作为输入，通过损失函数square_error_cost API计算出损失函数值（Loss）。飞桨所有的API接口都有完整的说明和使用案例，在后续教程中我们会详细介绍API的查阅方法。
反向传播：执行梯度反向传播backward函数，即从后到前逐层计算每一层的梯度，并根据设置的优化算法更新参数。

# 保存模型参数，文件名为LR_model.pdparams
paddle.save(model.state_dict(), 'LR_model.pdparams')
print("模型保存成功，模型参数保存在LR_model.pdparams中")

模型保存成功，模型参数保存在LR_model.pdparams中

print(model.state_dict())

OrderedDict([('fc.weight', Parameter containing:
Tensor(shape=[13, 1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
       [[-0.31492886],
        [-0.00053923],
        [-0.58833241],
        [-0.25711799],
        [ 0.05277566],
        [-0.25464550],
        [ 0.35711023],
        [-0.12961355],
        [ 0.13506889],
        [ 0.01279456],
        [ 0.07082576],
        [ 0.08301265],
        [-0.71715754]])), ('fc.bias', Parameter containing:
Tensor(shape=[1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
       [-0.00065335]))])

def load_one_example():
    # 从上边已加载的测试集中，随机选择一条作为测试数据
    idx = np.random.randint(0, test_data.shape[0])
    idx = -10
    one_data, label = test_data[idx, :-1], test_data[idx, -1]
    # 修改该条数据shape为[1,13]
    one_data =  one_data.reshape([1,-1])

    return one_data, label

配置模型预测的机器资源。本案例默认使用本机，因此无需写代码指定。
将训练好的模型参数加载到模型实例中。由两个语句完成，第一句是从文件中读取模型参数；第二句是将参数内容加载到模型。加载完毕后，需要将模型的状态调整为eval()（校验）。上文中提到，训练状态的模型需要同时支持前向计算和反向传导梯度，模型的实现较为臃肿，而校验和预测状态的模型只需要支持前向计算，模型的实现更加简单，性能更好。
将待预测的样本特征输入到模型中，打印输出的预测结果。

# 参数为保存模型参数的文件地址
model_dict = paddle.load('LR_model.pdparams')
model.load_dict(model_dict)
model.eval()

# 参数为数据集的文件地址
one_data, label = load_one_example()
# 将数据转为动态图的variable格式 
one_data = paddle.to_tensor(one_data)
predict = model(one_data)

# 对结果做反归一化处理
predict = predict * (max_values[-1] - min_values[-1]) + avg_values[-1]
# 对label数据做反归一化处理
label = label * (max_values[-1] - min_values[-1]) + avg_values[-1]

print("Inference result is {}, the corresponding label is {}".format(predict.numpy(), label))

Inference result is [[21.392113]], the corresponding label is 19.700000762939453

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