LightningModule によるモデル定義

PyTorch Lightning によるスケーラブルな AI モデルの構築

Sergiy Tkachuk

Director, GenAI Productivity

LightningModule に注目

モデルのアーキテクチャをカプセル化します
学習ロジックを1つの管理しやすい単位にまとめます
ディープラーニングプロジェクトに秩序と明確さをもたらす設計図です

PyTorch LightningModule 図

init メソッドの定義

主なタスク:

モデルの初期化
super():
- 学習ループの自動処理
- ログ記録
- チェックポイントの保存
初期化後に定義されるモデルの層
モジュール化され保守しやすい構造

import lightning.pytorch as pl
import torch.nn as nn

class ClassificationModel(pl.LightningModule):
    def __init__(self, input_dim,
                 hidden_dim, num_class):
          # Initialize parent class
        super().__init__()

        # First layer
        self.layer1 = nn.Linear(input_dim,
                                hidden_dim)
        # Activation function
        self.relu = nn.ReLU()
        # Output layer
        self.layer2 = nn.Linear(hidden_dim,
                                num_class)

forward メソッドの実装

主なステップ:

ネットワークを通るデータの流れを定義します
入力を層ごとに順番に処理します
- 線形変換
- 活性化
- 最終層と出力

import lightning.pytorch as pl
import torch.nn as nn

class ClassificationModel(pl.LightningModule):
    def __init__(self, input_dim,
                 hidden_dim, num_class):
          ...

    def forward(self, x):

        x = self.layer1(x) # Pass input

        x = nn.ReLU(x) # Apply activation

        x = self.layer2(x) # Compute output

        return x # Return result

例: 手書き数字の分類

import lightning.pytorch as pl
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision.datasets import MNIST
from torchvision import transforms

transform = transforms.ToTensor()
train_ds = MNIST(root='.', train=True,  download=True, transform=transform)
test_ds  = MNIST(root='.', train=False, download=True, transform=transform)

train_loader = DataLoader(train_ds, batch_size=64, shuffle=True)
test_loader  = DataLoader(test_ds,  batch_size=64)


model = ClassificationModel(input_dim=28*28, hidden_dim=128, num_class=10)


trainer = pl.Trainer(max_epochs=3, accelerator='auto')
trainer.fit(model, train_loader, test_loader)

モデルを分類タスクと統合する

分類タスクに焦点を当てます
LightningModule 内で完結する全体フロー
softmax 活性化のための生の出力
Lightning Trainer との統合

class ClassificationModel(pl.LightningModule):
  def __init__(self, input_dim, 
               hidden_dim, output_dim):
    super().__init__()

    self.hid = nn.Linear(input_dim, hidden_dim)
    self.out = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)


  def forward(self, x):

    x = self.hidden(x)
    x = nn.ReLU(x)
    x = self.output(x)

    return x

練習しましょう！

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