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百度智能云全功能AI开发平台BML-数据模型可视化功能说明

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百度智能云全功能AI开发平台BML-数据模型可视化功能说明

当前BML Notebook已经集成VisualDL工具以实现数据模型可视化,您可在可视化tab中启动VisualDL服务。

VisualDL工具

VisualDL是一个面向深度学习任务设计的可视化工具,利用丰富的图表来展示数据,用户可以更直观、清晰地查看数据的特征与变化趋势,有助于分析数据、及时发现错误,进而改进神经网络模型的设计。目前,VisualDL 支持 scalar, image, audio, graph, histogram, pr curve, high dimensional 七个组件,项目正处于高速迭代中,敬请期待新组件的加入。

组件名称展示图表作用
Scalar折线图动态展示损失函数值、准确率等标量数据
Image图片可视化显示图片,可显示输入图片和处理后的结果,便于查看中间过程的变化
Audio音频可视化播放训练过程中的音频数据,监控语音识别与合成等任务的训练过程
Graph网络结构展示网络结构、节点属性及数据流向,辅助学习、优化网络结构
Histogram直方图展示训练过程中权重、梯度等张量的分布
PR Curve折线图权衡精度与召回率之间的平衡关系
High Dimensional数据降维将高维数据映射到 2D/3D 空间来可视化嵌入,便于观察不同数据的相关性

Scalar--标量组件

介绍

Scalar 组件的输入数据类型为标量,该组件的作用是将训练参数以折线图形式呈现。将损失函数值、准确率等标量数据作为参数传入 scalar 组件,即可画出折线图,便于观察变化趋势。

记录接口

Scalar 组件的记录接口如下:

add_scalar(tag, value, step, walltime=None)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如train/loss,不能含有%
valuefloat要记录的数据值
stepint记录的步数
walltimeint记录数据的时间戳,默认为当前时间戳

*注意tag的使用规则为:

1、第一个/前的为父tag,并作为一栏图片的tag
2、第一个/后的为子tag,子tag的对应图片将显示在父tag下
3、可以使用多次/,但一栏图片的tag依旧为第一个/前的tag

具体使用参见以下三个例子:

  • 创建train为父tag,acc和loss为子tag:train/acc、 train/loss,即创建了tag为train的图片栏,包含acc和loss两张图片:

1.jpeg

  • 创建train为父tag,test/acc和test/loss为子tag:train/test/acc、 train/test/loss,即创建了tag为train的图片栏,包含test/acc和test/loss两张图片:

2.png

  • 创建两个父tag:acc、 loss,即创建了tag分别为acc和loss的两个图片栏:

3.png

Demo

  • 基础使用

下面展示了使用 Scalar 组件记录数据的示例:

from visualdl import LogWriter

if __name__ == '__main__':
    value = [i/1000.0 for i in range(1000)]
    # 初始化一个记录器
    with LogWriter(logdir="./log/scalar_test/train") as writer:
        for step in range(1000):
            # 向记录器添加一个tag为`acc`的数据
            writer.add_scalar(tag="acc", step=step, value=value[step])
            # 向记录器添加一个tag为`loss`的数据
            writer.add_scalar(tag="loss", step=step, value=1/(value[step] + 1))

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果:

4.png

  • 多组实验对比

下面展示了使用Scalar组件实现多组实验对比

多组实验对比的实现分为两步:

1、创建子日志文件储存每组实验的参数数据 2、将数据写入scalar组件时,使用相同的tag,即可实现对比不同实验的同一类型参数

from visualdl import LogWriter

if __name__ == '__main__':
    value = [i/1000.0 for i in range(1000)]
    # 步骤一:创建父文件夹:log与子文件夹:scalar_test
    with LogWriter(logdir="./log/scalar_test") as writer:
        for step in range(1000):
            # 步骤二:向记录器添加一个tag为`train/acc`的数据
            writer.add_scalar(tag="train/acc", step=step, value=value[step])
            # 步骤二:向记录器添加一个tag为`train/loss`的数据
            writer.add_scalar(tag="train/loss", step=step, value=1/(value[step] + 1))
    # 步骤一:创建第二个子文件夹scalar_test2       
    value = [i/500.0 for i in range(1000)]
    with LogWriter(logdir="./log/scalar_test2") as writer:
        for step in range(1000):
            # 步骤二:在同样名为`train/acc`下添加scalar_test2的accuracy的数据
            writer.add_scalar(tag="train/acc", step=step, value=value[step])
            # 步骤二:在同样名为`train/loss`下添加scalar_test2的loss的数据
            writer.add_scalar(tag="train/loss", step=step, value=1/(value[step] + 1))

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看以下折线图,观察scalar_test和scalar_test2的accuracy和loss的对比。

5.png

功能操作说明

  • 支持数据卡片「最大化」、「还原」、「坐标系转化」(y轴对数坐标)、「下载」折线图

6.png

  • 数据点Hover展示详细信息

7.png

  • 可搜索卡片标签,展示目标图像

8.png

  • 可搜索打点数据标签,展示特定数据

9.png

  • X轴有三种衡量尺度

1、Step:迭代次数
2、Walltime:训练绝对时间
3、Relative:训练时长

10.png

  • 可调整曲线平滑度,以便更好的展现参数整体的变化趋势

11.png

Image--图片可视化组件

介绍

Image 组件用于显示图片数据随训练的变化。在模型训练过程中,将图片数据传入 Image 组件,就可在 VisualDL 的前端网页查看相应图片。

记录接口

Image 组件的记录接口如下:

add_image(tag, img, step, walltime=None)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如train/loss,不能含有%
imgnumpy.ndarray以ndarray格式表示的图片
stepint记录的步数
walltimeint记录数据的时间戳,默认为当前时间戳

Demo

下面展示了使用 Image 组件记录数据的示例:

import numpy as np
from PIL import Image
from visualdl import LogWriter


def random_crop(img):
    """获取图片的随机 100x100 分片
    """
    img = Image.open(img)
    w, h = img.size
    random_w = np.random.randint(0, w - 100)
    random_h = np.random.randint(0, h - 100)
    r = img.crop((random_w, random_h, random_w + 100, random_h + 100))
    return np.asarray(r)


if __name__ == '__main__':
    # 初始化一个记录器
    with LogWriter(logdir="./log/image_test/train") as writer:
        for step in range(6):
            # 添加一个图片数据
            writer.add_image(tag="eye",
                             img=random_crop("../../docs/images/eye.jpg"),
                             step=step)

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果。

1.png

功能操作说明

  • 可搜索图片标签显示对应图片数据

2.png

  • 支持滑动Step/迭代次数查看不同迭代次数下的图片数据

3.gif

Audio--音频播放组件

介绍

Audio组件实时查看训练过程中的音频数据,监控语音识别与合成等任务的训练过程。

记录接口

Audio 组件的记录接口如下:

add_audio(tag, audio_array, step, sample_rate)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如train/loss,不能含有%
audio_arrynumpy.ndarray以ndarray格式表示的音频
stepint记录的步数
sample_rateint采样率,注意正确填写对应音频的采样率

Demo

下面展示了使用 Image 组件记录数据的示例:

from visualdl import LogWriter
import numpy as np
import wave


def read_audio_data(audio_path):
    """
    Get audio data.
    """
    CHUNK = 4096
    f = wave.open(audio_path, "rb")
    wavdata = []
    chunk = f.readframes(CHUNK)
    while chunk:
        data = np.frombuffer(chunk, dtype='uint8')
        wavdata.extend(data)
        chunk = f.readframes(CHUNK)
    # 8k sample rate, 16bit frame, 1 channel
    shape = [8000, 2, 1]
    return shape, wavdata


if __name__ == '__main__':
    with LogWriter(logdir="./log") as writer:
        audio_shape, audio_data = read_audio_data("./testing.wav")
        audio_data = np.array(audio_data)
        writer.add_audio(tag="audio_tag",
                         audio_array=audio_data,
                         step=0,
                         sample_rate=8000)

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果。

1.png

功能操作说明

  • 可搜索音频标签显示对应音频数据

2.png

  • 支持滑动Step/迭代次数查看不同迭代次数下的音频数据

3.png

  • 支持播放/暂停音频数据

4.png

  • 支持音量调节

5.png

  • 支持音频下载

6.png

Graph--网络结构组件

介绍

Graph组件一键可视化模型的网络结构。用于查看模型属性、节点信息、节点输入输出等,并进行节点搜索,协助开发者们快速分析模型结构与了解数据流向。

在生成Model文件后,在可视化模块中选择模型文件,启动后即可查看网络结构可视化:

1.png

功能操作说明

  • 一键上传模型

    • 支持模型格式:PaddlePaddle、ONNX、Keras、Core ML、Caffe、Caffe2、Darknet、MXNet、ncnn、TensorFlow Lite
    • 实验性支持模型格式:TorchScript、PyTorch、Torch、 ArmNN、BigDL、Chainer、CNTK、Deeplearning4j、MediaPipe、ML.NET、MNN、OpenVINO、Scikit-learn、Tengine、TensorFlow.js、TensorFlow

2.png

  • 支持上下左右任意拖拽模型、放大和缩小模型

3.gif

  • 搜索定位到对应节点

4.png

  • 点击查看模型属性

5.png

6.png

  • 支持选择模型展示的信息

7.png

  • 支持以PNG、SVG格式导出文件

8.png

  • 点击节点即可展示对应属性信息

9.png

  • 支持一键更换模型

10.png

Histogram--直方图组件

介绍

Histogram组件以直方图形式展示Tensor(weight、bias、gradient等)数据在训练过程中的变化趋势。深入了解模型各层效果,帮助开发者精准调整模型结构。

记录接口

Histogram 组件的记录接口如下:

add_histogram(tag, values, step, walltime=None, buckets=10)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如train/loss,不能含有%
valuesnumpy.ndarray or list以ndarray或list格式表示的数据
stepint记录的步数
walltimeint记录数据的时间戳,默认为当前时间戳
bucketsint生成直方图的分段数,默认为10

Demo

下面展示了使用 Histogram 组件记录数据的示例:

from visualdl import LogWriter
import numpy as np


if __name__ == '__main__':
    values = np.arange(0, 1000)
    with LogWriter(logdir="./log/histogram_test/train") as writer:
        for index in range(1, 101):
            interval_start = 1 + 2 * index / 100.0
            interval_end = 6 - 2 * index / 100.0
            data = np.random.uniform(interval_start, interval_end, size=(10000))
            writer.add_histogram(tag='default tag',
                                 values=data,
                                 step=index,
                                 buckets=10)

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果。

功能操作说明

  • 支持数据卡片「最大化」、「下载」直方图

1.png

  • 可选择Offset或Overlay模式

2.png

  1. Offset模式

3.png

  1. Overlay模式

4.png

  • 数据点Hover展示参数值、训练步数、频次
  1. 在第240次训练步数时,权重为-0.0031,且出现的频次是2734次

5.png

  • 可搜索卡片标签,展示目标直方图

6.png

  • 可搜索打点数据标签,展示特定数据流

7.png

PR Curve--PR曲线组件

介绍

PR Curve以折线图形式呈现精度与召回率的权衡分析,清晰直观了解模型训练效果,便于分析模型是否达到理想标准。

记录接口

PR Curve 组件的记录接口如下:

add_pr_curve(tag, labels, predictions, step=None, num_thresholds=10)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如train/loss,不能含有%
valuesnumpy.ndarray or list以ndarray或list格式表示的实际类别
predictionsnumpy.ndarray or list以ndarray或list格式表示的预测类别
stepint记录的步数
num_thresholdsint阈值设置的个数,默认为10,最大值为127

Demo

下面展示了使用 PR Curve 组件记录数据的示例:

from visualdl import LogWriter
import numpy as np

with LogWriter("./log/pr_curve_test/train") as writer:
    for step in range(3):
        labels = np.random.randint(2, size=100)
        predictions = np.random.rand(100)
        writer.add_pr_curve(tag='pr_curve',
                            labels=labels,
                            predictions=predictions,
                            step=step,
                            num_thresholds=5)

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果。

1.png

功能操作说明

  • 支持数据卡片「最大化」、「还原」、「下载」PR曲线

2.png

  • 数据点Hover展示详细信息:阈值对应的TP、TN、FP、FN

3.png

  • 可搜索卡片标签,展示目标图表

4.png

  • 可搜索打点数据标签,展示特定数据

5.png

  • 支持查看不同训练步数下的PR曲线

6.png

  • X轴-时间显示类型有三种衡量尺度

    • Step:迭代次数
    • Walltime:训练绝对时间
    • Relative:训练时长

7.png

High Dimensional--数据降维组件

介绍

High Dimensional 组件将高维数据进行降维展示,用于深入分析高维数据间的关系。目前支持以下两种降维算法:

  • PCA : Principle Component Analysis 主成分分析
  • t-SNE : t-distributed stochastic neighbor embedding t-分布式随机领域嵌入

记录接口

High Dimensional 组件的记录接口如下:

add_embeddings(tag, labels, hot_vectors, walltime=None)

接口参数说明如下:

参数格式含义
tagstring记录指标的标志,如default,不能含有%
labelsnumpy.ndarray or list一维数组表示的标签,每个元素是一个string类型的字符串
hot_vectorsnumpy.ndarray or list与labels一一对应,每个元素可以看作是某个标签的特征
walltimeint记录数据的时间戳,默认为当前时间戳

Demo

下面展示了使用 High Dimensional 组件记录数据的示例。

from visualdl import LogWriter


if __name__ == '__main__':
    hot_vectors = [
        [1.3561076367500755, 1.3116267195134017, 1.6785401875616097],
        [1.1039614644440658, 1.8891609992484688, 1.32030488587171],
        [1.9924524852447711, 1.9358920727142739, 1.2124401279391606],
        [1.4129542689796446, 1.7372166387197474, 1.7317806077076527],
        [1.3913371800587777, 1.4684674577930312, 1.5214136352476377]]

    labels = ["label_1", "label_2", "label_3", "label_4", "label_5"]
    # 初始化一个记录器
    with LogWriter(logdir="./log/high_dimensional_test/train") as writer:
        # 将一组labels和对应的hot_vectors传入记录器进行记录
        writer.add_embeddings(tag='default',
                              labels=labels,
                              hot_vectors=hot_vectors)

运行上述程序后,点击可视化选择相应日志文件即可查看可视化结果。

1.gif

功能操作说明

  • 支持展示特定打点数据

2.png

  • 可搜索展示特定数据标签或展示所有数据标签

3.png

  • 支持「二维」或「三维」展示高维数据分布

4.png

  • 可选择「PCA」或「T-SNE」作为降维方式

5.png


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