PyTorch在Ubuntu上如何进行数据可视化 - 问答

1. Matplotlib：基础数据可视化
Matplotlib是Python最基础的绘图库，适合绘制损失曲线、精度曲线、参数分布等基本图形。

安装：pip install matplotlib

常用场景与代码示例：

绘制损失/精度曲线：通过plt.plot展示训练与验证指标的变化趋势，帮助判断模型是否过拟合。

import matplotlib.pyplot as plt
epochs = range(1, num_epochs + 1)
plt.plot(epochs, train_losses, 'bo-', label='Training Loss')
plt.plot(epochs, val_losses, 'r*-', label='Validation Loss')
plt.title('Training and Validation Loss')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Loss')
plt.legend()
plt.show()

可视化模型参数分布：通过plt.hist查看模型各层参数的分布情况，判断参数是否合理（如权重是否集中在0附近）。

for name, param in model.named_parameters():
    plt.hist(param.detach().numpy().flatten(), bins=50)
    plt.title(f'Parameter Distribution: {name}')
    plt.show()

2. TensorBoard：训练过程动态可视化
TensorBoard是PyTorch官方推荐的可视化工具，支持标量（损失、精度）、直方图（参数分布）、图像（输入/输出）、计算图等多种数据的动态展示。

安装：pip install tensorboard

代码集成：使用SummaryWriter记录数据，指定日志保存路径（如runs/experiment-1）。

from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
writer = SummaryWriter('runs/experiment-1')  # 创建writer对象

for epoch in range(num_epochs):
    # 训练代码...
    train_loss = compute_loss(model, train_loader)
    val_accuracy = compute_accuracy(model, val_loader)
    
    # 记录标量数据（全局步数为epoch）
    writer.add_scalar('Loss/train', train_loss, epoch)
    writer.add_scalar('Accuracy/val', val_accuracy, epoch)

writer.close()  # 关闭writer，确保数据写入磁盘

启动与查看：终端运行tensorboard --logdir=runs，然后在浏览器打开localhost:6006，即可看到**Scalars（损失/精度曲线）、Histograms（参数分布）、Graphs（计算图）**等面板。

3. Seaborn：高级统计可视化
Seaborn基于Matplotlib构建，提供更美观、更高级的统计图形（如热力图、分布直方图），适合分析数据的相关性或分布特征。

安装：pip install seaborn pandas

常用场景与代码示例：

绘制损失/精度分布热力图：通过seaborn.heatmap展示多个指标的相关性（如损失与精度的关系）。

import seaborn as sns
import pandas as pd
data = pd.DataFrame({'Loss': train_losses, 'Accuracy': train_accuracies})
sns.heatmap(data.corr(), annot=True, cmap='coolwarm', fmt=".2f")
plt.title('Loss vs Accuracy Correlation')
plt.show()

绘制指标分布直方图（带核密度估计）：通过sns.histplot展示指标的分布情况，比Matplotlib更简洁。

sns.histplot(train_losses, kde=True, bins=30, color='blue')
plt.title('Training Loss Distribution')
plt.xlabel('Loss')
plt.ylabel('Frequency')
plt.show()

4. Torchviz：模型计算图可视化
Torchviz用于生成PyTorch模型的计算图，帮助理解模型的前向传播过程（如数据流动、层间依赖关系）。

安装：pip install torchviz

代码示例：

import torch
from torchviz import make_dot
# 假设已定义模型model和输入张量input_tensor
input_tensor = torch.randn(1, 3, 224, 224)  # 示例输入（根据模型输入尺寸调整）
output = model(input_tensor)  # 前向传播
# 生成计算图（params包含模型所有可学习参数）
dot = make_dot(output, params=dict(model.named_parameters()))
dot.render("model_structure", format="png")  # 保存为PNG文件

执行后，当前目录会生成model_structure.png，展示模型的层结构、数据流向、参数信息。

5. Netron：模型结构可视化
Netron是一款跨平台的深度学习模型可视化工具，支持PyTorch（.pt/.pth）、TensorFlow（.pb）等多种模型格式，无需编写代码即可查看模型结构。

安装：pip install netron
使用方法：
- 终端运行netron model.pt --port 8080（model.pt为你的模型文件路径，--port可指定端口，默认8080）。
- 浏览器打开localhost:8080，即可直观查看模型的层结构、参数数量、输入/输出形状等信息（支持缩放、拖动、点击层查看详情）。

6. Visdom：实时数据可视化
Visdom是Facebook开源的实时可视化工具，适合监控训练过程中的实时指标（如每步损失、动态图像），但需要手动启动服务器。

安装：pip install visdom

使用步骤：

启动服务器：终端运行python -m visdom.server，默认访问localhost:8097。

代码集成：通过visdom.Visdom()连接服务器，使用vis.line绘制实时曲线。

import visdom
import torch
vis = visdom.Visdom()  # 连接服务器

# 初始化线条（win为窗口名称，opts为样式选项）
win = vis.line(X=torch.tensor([0]), Y=torch.tensor([0]), 
              opts=dict(title='Training Loss', xlabel='Step', ylabel='Loss'))

for step in range(100):
    # 模拟训练损失（替换为实际损失）
    loss = torch.rand(1) * 0.1
    # 更新线条（update='append'表示追加数据）
    vis.line(X=torch.tensor([step]), Y=loss, win=win, update='append')

Visdom界面会实时更新损失曲线，适合观察训练过程中的动态变化。

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