Pytorch 使用Google Colab训练神经网络深度学习

学习前言

Colab是谷歌提供的一个云学习平台，Very Nice，最近卡不够用了决定去白嫖一波。该博客只会说明如何使用Colab对已有的深度学习仓库进行训练，并不会说如何进入外网、如何注册等。

该博客仅为了演示Colab的使用，主要是为了各位熟悉Colab操作，具体问题具体分析，操作不当与版本更迭会导致步骤出错，如果出错的话建议多百度，多看代码与指令，查一下错误的原因，同时建议是有一定的基础同学再使用Colab

什么是Google Colab

Google Colab是谷歌提供的免费Jupyter 笔记本环境，不需要什么设置与环境配置就可以使用，完全在云端运行。不影响本地的使用。

Google Colab为研究者提供一定免费的GPU，可以编写和执行代码，所有这些都可通过浏览器免费使用。同学们可以在上面轻松地跑 Tensorflow、Pytorch 等深度学习框架。

尽管Google Colab提供了一定的免费资源，但资源量是受限制的，所有 Colab 运行时都会在一段时间后重置。Colab Pro 订阅者的使用量仍会受到限制，但相比非订阅者可享有的限额要多出大约一倍。Colab Pro+ 订阅者还可获享更高的稳定性。

利用Colab进行训练

本文以YoloV4-Tiny-Pytorch版本的训练为例，进行Colab的使用演示。

一、数据集与预训练权重的上传

1、数据集的上传

Colab和Google自带的云盘联动非常好，因此我们需要首先将数据集上传云盘，这个上传的过程其实非常简单，本地先准备好数据集。

由于我所上传的库，均使用的VOC数据集，我们需要按照VOC数据集摆放好

本文直接以VOC07+12数据集为例进行演示。

JPEGImages里面存放的为图片文件，Annotations里面存放的标签文件，ImageSets里面存放的是区分验证集、训练集、测试集的txt文件。

然后将VOCdevkit文件整个进行打包。需要注意的是，不是对上面三个文件夹进行打包，而是对VOCdevkit进行打包，这样才满足数据处理的格式。

在获得打包后的压缩包后，将压缩包上传到谷歌云盘。我在谷歌云盘上新建了一个VOC_datasets文件夹存放压缩包。

此时数据集的上传已经完成。

2、预训练权重的上传

在谷歌云盘上进行文件夹的创建，首先创建Models，然后在Models里面创建yolov4-tiny-pytorch，然后在yolov4-tiny-pytorch里面创建logs和model_data。

model_data放置的是预训练文件。

logs放置的是网络训练过程中产生的权值。

由于我们这次使用的是YoloV4-Tiny-Pytorch的库，我们将它的预训练权重上传到model_data文件夹。

二、打开Colab并配置环境

1、笔记本的创建

在该步中，我们首先打开Colab的官网。

然后点击文件，创建笔记本，此时会创建一个jupyter笔记本。

创建完成后给文件改个名，好看一些。

之后点击代码执行程序，然后点击更改运行时类型，在其中硬件加速器部分选择GPU，Colab便会配置一个带有GPU的机器，此时笔记本就创建完成了。

2、环境的简单配置

colab已经集成了pytorch环境，无需专门配置pytorch，不过使用的torch版本较新。

由于我们的数据集在谷歌云盘上，所以我们还要挂载云盘。

from google.colab import drive
drive.mount('/content/gdrive')

我们将上述代码输入到笔记本中执行。将云盘挂载到服务器上。然后点击运行即可。

此时点击左边栏中，类似于文件夹的东西，就可以打开文件夹了，看看文件部署情况。gdrive就是我们配置的谷歌云盘。没有的话就去左侧刷新一下。

打开gdrive，其中有我们的数据集。

3、深度学习库的下载

这一步，我们需要完成深度学习仓库的下载，我们使用git clone指令进行下载。执行如下指令后，左边的文件中多出了yolov4-tiny-pytorch文件夹。没有的话就去左侧刷新一下。

然后我们通过了cd指令将根目录转移到了yolov4-tiny-pytorch文件夹。

!git clone https://github.com/bubbliiiing/yolov4-tiny-pytorch.git
%cd yolov4-tiny-pytorch/

4、数据集的复制与解压

直接将数据集布置在谷歌云盘会导致大量的云盘数据传输，速度远不及本地文件，因此我们需要将数据集复制到本地里进行处理。

我们输入下述代码进行文件的复制与解压。首先执行的是删除指令，将原来的空VOCdevkit文件夹进行删除。然后进行解压。

由于这里使用的是zip文件所以使用的是unzip指令，如果是其它形式的压缩包，需要根据压缩包的格式进行指令的修改（请同学们百度）。执行下述指令后，可以发现，左边的文件中已经解压好了VOC数据集。没有的话就去左侧刷新一下。

!rm -rf ./VOCdevkit
!cp /content/gdrive/MyDrive/VOC_datasets/VOC07+12+test.zip ./
!unzip ./VOC07+12+test.zip -d ./

5、保存路径设置

本文提供的代码默认的保存路径为logs文件夹，但Colab存在不稳定的问题，运行一段时间后会发生断线。

如果将权值保存在原始根目录下的logs文件夹，发生断线网络就白训练了，浪费大量的时间。

可以将google云盘软连接到根目录下，那么即使断线，权值也保留在云盘中。

本文之前在云盘中创建了logs文件夹。将该文件夹链接过来。

!rm -rf logs
!ln -s /content/gdrive/MyDrive/Models/yolov4-tiny-pytorch/logs logs

三、开始训练

1、标注文件的处理

打开voc_annotation.py文件，由于我们现在使用的直接就是VOC数据集，我们已经划分好了训练集验证集和测试集，所以我们将annotation_mode设置为2。

然后输入指令完成标签的处理，生成2007_train.txt和2007_val.txt。

!python voc_annotation.py

2、训练文件的处理

处理训练文件主要包含三个部分：

1、预训练文件的使用。

2、保存周期的设置，这个设置是因为云盘的存储空间有限，每代都保存会导致存储空间满出。

a、预训练文件的使用

首先修改model_path，指向我们上传到谷歌云盘的权值文件。在左侧文件栏中，找到models/yolov4-tiny-pytorch/model_data，复制权值路径。

替换右侧的model_path。

b、保存周期的设置

有一些仓库已经完成了更新，添加了每隔多少世代的保存参数，直接修改save_period既可，在本文中，我们将save_period设置成4，也就是每隔4代保存一次。

还没有更新的仓库只能每一代都保存了，记得偶尔去google云盘删一下。

3、开始训练

此时在笔记本里面输入：

!python train.py

即可开始训练。

断线怎么办？

1、防掉线措施

听说可以通过自动点击来减少掉线频率。

在Google colab的按F12，点击网页的控制台，粘贴如下代码：

function ConnectButton(){
	console.log("Connect pushed");
	document.querySelector("#top-toolbar > colab-connect-button").shadowRoot.querySelector("#connect").click()
}
setInterval(ConnectButton,60000);

2、完了还是掉线呀？

没什么办法，便宜的东西必然有它的坏处。

按照步骤重新来一次，然后将预训练权重设置成logs文件夹里面训练好的权值文件即可。

除此之外，Init_epoch等参数也需要调整。

总结

使用Colab训练比较重要的是处理好路径的关系，找到哪个文件在哪里，文件夹的执行目录在哪里，就可以比较简单的运行起程序了，不过Colab确实存在断线问题，我们需要时刻保存好文件，因此我将权值直接保存在云盘上，这样也不会丢失。

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