[PyTorch] MLPを用いた単純な回帰問題

記事の内容

MLPを用いた単純な回帰モデル
モデル:MLP ( PyTorch )

スクリプト

d01_Pytorch_MLP_Simple_Regression.ipynb

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import matplotlib.pyplot as plt
torch.manual_seed(0)

# データの生成
data_size = 5000
x = torch.randn(data_size, 1)  # 正規分布に従う乱数
y = 2 * x + 3 + torch.randn(data_size, 1) * 0  # 動作確認のためノイズは0にしているがノイズを追加をしても問題なく動作した。

# データを学習用と検証用に分割
train_size = int(0.8 * len(x))
x_train, x_vali = torch.split(x, [train_size, len(x) - train_size])
y_train_act, y_vali_act = torch.split(y, [train_size, len(y) - train_size])

# MLPモデルの定義
class MLP(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MLP, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(1, 64)
        self.fc2 = nn.Linear(64, 64)
        self.fc3 = nn.Linear(64, 1)
    
    def forward(self, x):
        x = torch.relu(self.fc1(x))
        x = torch.relu(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x

# モデルのインスタンス化
model = MLP()
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.01)

# モデルの学習
num_epochs = 500
for epoch in range(num_epochs):
    model.train()
    optimizer.zero_grad()
    outputs = model(x_train)
    loss = criterion(outputs, y_train_act)
    loss.backward()
    optimizer.step()
    
    if (epoch+1) % 100 == 0:
        print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')

# 学習用データと検証用データの予測
model.eval()
with torch.no_grad():
    y_train_pred = model(x_train)
    y_vali_pred = model(x_vali)

# 予測結果のプロット
plt.figure(figsize=(5, 5))
plt.scatter( y_train_act.numpy(), y_train_pred.numpy(), label='Train Data')
plt.scatter( y_vali_act.numpy(), y_vali_pred.numpy(), label='Vali Data')
plt.plot([-10, 10], [-10, 10], color='gray', label='1:1 line')
plt.title('Prediction result')
plt.xlabel('Y act')
plt.ylabel('Y pred')
plt.grid(True, linestyle='dotted')
plt.legend()

plt.show()

スクリプト実行結果