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知识回顾

数据增强
卷积神经网络定义的写法
batch归一化：调整一个批次的分布，常用与图像数据
特征图：只有卷积操作输出的才叫特征图
调度器：直接修改基础学习率

卷积操作常见流程如下：

1. 输入 → 卷积层 → Batch归一化层（可选） → 池化层 → 激活函数 → 下一层
2.Flatten -> Dense (with Dropout，可选) -> Dense (Output)

作业：尝试手动修改下不同的调度器和CNN的结构，观察训练的差异。

原模型

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
from torch.utils.data import DataLoader
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 设置中文字体支持
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题# 检查GPU是否可用
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
print(f"使用设备: {device}")# 1. 数据预处理
# 训练集：使用多种数据增强方法提高模型泛化能力
train_transform = transforms.Compose([# 随机裁剪图像，从原图中随机截取32x32大小的区域transforms.RandomCrop(32, padding=4),# 随机水平翻转图像（概率0.5）transforms.RandomHorizontalFlip(),# 随机颜色抖动：亮度、对比度、饱和度和色调随机变化transforms.ColorJitter(brightness=0.2, contrast=0.2, saturation=0.2, hue=0.1),# 随机旋转图像（最大角度15度）transforms.RandomRotation(15),# 将PIL图像或numpy数组转换为张量transforms.ToTensor(),# 标准化处理：每个通道的均值和标准差，使数据分布更合理transforms.Normalize((0.4914, 0.4822, 0.4465), (0.2023, 0.1994, 0.2010))
])# 测试集：仅进行必要的标准化，保持数据原始特性，标准化不损失数据信息，可还原
test_transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),transforms.Normalize((0.4914, 0.4822, 0.4465), (0.2023, 0.1994, 0.2010))
])# 2. 加载CIFAR-10数据集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=True,download=True,transform=train_transform  # 使用增强后的预处理
)test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=False,transform=test_transform  # 测试集不使用增强
)# 3. 创建数据加载器
batch_size = 64
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)# 4. 定义CNN模型的定义（替代原MLP）
class CNN(nn.Module):def __init__(self):super(CNN, self).__init__()  # 继承父类初始化# ---------------------- 第一个卷积块 ----------------------# 卷积层1：输入3通道（RGB），输出32个特征图，卷积核3x3，边缘填充1像素self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3,       # 输入通道数（图像的RGB通道）out_channels=32,     # 输出通道数（生成32个新特征图）kernel_size=3,       # 卷积核尺寸（3x3像素）padding=1            # 边缘填充1像素，保持输出尺寸与输入相同)# 批量归一化层：对32个输出通道进行归一化，加速训练self.bn1 = nn.BatchNorm2d(num_features=32)# ReLU激活函数：引入非线性，公式：max(0, x)self.relu1 = nn.ReLU()# 最大池化层：窗口2x2，步长2，特征图尺寸减半（32x32→16x16）self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)  # stride默认等于kernel_size# ---------------------- 第二个卷积块 ----------------------# 卷积层2：输入32通道（来自conv1的输出），输出64通道self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=32,      # 输入通道数（前一层的输出通道数）out_channels=64,     # 输出通道数（特征图数量翻倍）kernel_size=3,       # 卷积核尺寸不变padding=1            # 保持尺寸：16x16→16x16（卷积后）→8x8（池化后）)self.bn2 = nn.BatchNorm2d(num_features=64)self.relu2 = nn.ReLU()self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2)  # 尺寸减半：16x16→8x8# ---------------------- 第三个卷积块 ----------------------# 卷积层3：输入64通道，输出128通道self.conv3 = nn.Conv2d(in_channels=64,      # 输入通道数（前一层的输出通道数）out_channels=128,    # 输出通道数（特征图数量再次翻倍）kernel_size=3,padding=1            # 保持尺寸：8x8→8x8（卷积后）→4x4（池化后）)self.bn3 = nn.BatchNorm2d(num_features=128)self.relu3 = nn.ReLU()  # 复用激活函数对象（节省内存）self.pool3 = nn.MaxPool2d(kernel_size=2)  # 尺寸减半：8x8→4x4# ---------------------- 全连接层（分类器） ----------------------# 计算展平后的特征维度：128通道 × 4x4尺寸 = 128×16=2048维self.fc1 = nn.Linear(in_features=128 * 4 * 4,  # 输入维度（卷积层输出的特征数）out_features=512          # 输出维度（隐藏层神经元数）)# Dropout层：训练时随机丢弃50%神经元，防止过拟合self.dropout = nn.Dropout(p=0.5)# 输出层：将512维特征映射到10个类别（CIFAR-10的类别数）self.fc2 = nn.Linear(in_features=512, out_features=10)def forward(self, x):# 输入尺寸：[batch_size, 3, 32, 32]（batch_size=批量大小，3=通道数，32x32=图像尺寸）# ---------- 卷积块1处理 ----------x = self.conv1(x)       # 卷积后尺寸：[batch_size, 32, 32, 32]（padding=1保持尺寸）x = self.bn1(x)         # 批量归一化，不改变尺寸x = self.relu1(x)       # 激活函数，不改变尺寸x = self.pool1(x)       # 池化后尺寸：[batch_size, 32, 16, 16]（32→16是因为池化窗口2x2）# ---------- 卷积块2处理 ----------x = self.conv2(x)       # 卷积后尺寸：[batch_size, 64, 16, 16]（padding=1保持尺寸）x = self.bn2(x)x = self.relu2(x)x = self.pool2(x)       # 池化后尺寸：[batch_size, 64, 8, 8]# ---------- 卷积块3处理 ----------x = self.conv3(x)       # 卷积后尺寸：[batch_size, 128, 8, 8]（padding=1保持尺寸）x = self.bn3(x)x = self.relu3(x)x = self.pool3(x)       # 池化后尺寸：[batch_size, 128, 4, 4]# ---------- 展平与全连接层 ----------# 将多维特征图展平为一维向量：[batch_size, 128*4*4] = [batch_size, 2048]x = x.view(-1, 128 * 4 * 4)  # -1自动计算批量维度，保持批量大小不变x = self.fc1(x)           # 全连接层：2048→512，尺寸变为[batch_size, 512]x = self.relu3(x)         # 激活函数（复用relu3，与卷积块3共用）x = self.dropout(x)       # Dropout随机丢弃神经元，不改变尺寸x = self.fc2(x)           # 全连接层：512→10，尺寸变为[batch_size, 10]（未激活，直接输出logits）return x  # 输出未经过Softmax的logits，适用于交叉熵损失函数# 初始化模型
model = CNN()
model = model.to(device)  # 将模型移至GPU（如果可用）criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 交叉熵损失函数
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)  # Adam优化器# 引入学习率调度器，在训练过程中动态调整学习率--训练初期使用较大的 LR 快速降低损失，训练后期使用较小的 LR 更精细地逼近全局最优解。
# 在每个 epoch 结束后，需要手动调用调度器来更新学习率，可以在训练过程中调用 scheduler.step()
scheduler = optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(optimizer,        # 指定要控制的优化器（这里是Adam）mode='min',       # 监测的指标是"最小化"（如损失函数）patience=3,       # 如果连续3个epoch指标没有改善，才降低LRfactor=0.5        # 降低LR的比例（新LR = 旧LR × 0.5）
)
# 5. 训练模型（记录每个 iteration 的损失）
def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, scheduler, device, epochs):model.train()  # 设置为训练模式# 记录每个 iteration 的损失all_iter_losses = []  # 存储所有 batch 的损失iter_indices = []     # 存储 iteration 序号# 记录每个 epoch 的准确率和损失train_acc_history = []test_acc_history = []train_loss_history = []test_loss_history = []for epoch in range(epochs):running_loss = 0.0correct = 0total = 0for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):data, target = data.to(device), target.to(device)  # 移至GPUoptimizer.zero_grad()  # 梯度清零output = model(data)  # 前向传播loss = criterion(output, target)  # 计算损失loss.backward()  # 反向传播optimizer.step()  # 更新参数# 记录当前 iteration 的损失iter_loss = loss.item()all_iter_losses.append(iter_loss)iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)# 统计准确率和损失running_loss += iter_loss_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()# 每100个批次打印一次训练信息if (batch_idx + 1) % 100 == 0:print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} 'f'| 单Batch损失: {iter_loss:.4f} | 累计平均损失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')# 计算当前epoch的平均训练损失和准确率epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)epoch_train_acc = 100. * correct / totaltrain_acc_history.append(epoch_train_acc)train_loss_history.append(epoch_train_loss)# 测试阶段model.eval()  # 设置为评估模式test_loss = 0correct_test = 0total_test = 0with torch.no_grad():for data, target in test_loader:data, target = data.to(device), target.to(device)output = model(data)test_loss += criterion(output, target).item()_, predicted = output.max(1)total_test += target.size(0)correct_test += predicted.eq(target).sum().item()epoch_test_loss = test_loss / len(test_loader)epoch_test_acc = 100. * correct_test / total_testtest_acc_history.append(epoch_test_acc)test_loss_history.append(epoch_test_loss)# 更新学习率调度器scheduler.step(epoch_test_loss)print(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 训练准确率: {epoch_train_acc:.2f}% | 测试准确率: {epoch_test_acc:.2f}%')# 绘制所有 iteration 的损失曲线plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)# 绘制每个 epoch 的准确率和损失曲线plot_epoch_metrics(train_acc_history, test_acc_history, train_loss_history, test_loss_history)return epoch_test_acc  # 返回最终测试准确率# 6. 绘制每个 iteration 的损失曲线
def plot_iter_losses(losses, indices):plt.figure(figsize=(10, 4))plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')plt.xlabel('Iteration（Batch序号）')plt.ylabel('损失值')plt.title('每个 Iteration 的训练损失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 7. 绘制每个 epoch 的准确率和损失曲线
def plot_epoch_metrics(train_acc, test_acc, train_loss, test_loss):epochs = range(1, len(train_acc) + 1)plt.figure(figsize=(12, 4))# 绘制准确率曲线plt.subplot(1, 2, 1)plt.plot(epochs, train_acc, 'b-', label='训练准确率')plt.plot(epochs, test_acc, 'r-', label='测试准确率')plt.xlabel('Epoch')plt.ylabel('准确率 (%)')plt.title('训练和测试准确率')plt.legend()plt.grid(True)# 绘制损失曲线plt.subplot(1, 2, 2)plt.plot(epochs, train_loss, 'b-', label='训练损失')plt.plot(epochs, test_loss, 'r-', label='测试损失')plt.xlabel('Epoch')plt.ylabel('损失值')plt.title('训练和测试损失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 8. 执行训练和测试
epochs = 20  # 增加训练轮次以获得更好效果
print("开始使用CNN训练模型...")
final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, scheduler, device, epochs)
print(f"训练完成！最终测试准确率: {final_accuracy:.2f}%")

使用设备: cuda
Files already downloaded and verified
开始使用CNN训练模型...
Epoch: 1/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.9418 | 累计平均损失: 2.0184
Epoch: 1/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.8151 | 累计平均损失: 1.8887
Epoch: 1/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.6968 | 累计平均损失: 1.8233
Epoch: 1/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.6938 | 累计平均损失: 1.7842
Epoch: 1/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.6589 | 累计平均损失: 1.7492
Epoch: 1/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 1.5168 | 累计平均损失: 1.7191
Epoch: 1/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.5160 | 累计平均损失: 1.6928
Epoch 1/20 完成 | 训练准确率: 38.55% | 测试准确率: 53.60%
Epoch: 2/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.3467 | 累计平均损失: 1.4349
Epoch: 2/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.1726 | 累计平均损失: 1.3840
Epoch: 2/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.2361 | 累计平均损失: 1.3554
Epoch: 2/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.3616 | 累计平均损失: 1.3305
Epoch: 2/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.1992 | 累计平均损失: 1.3087
Epoch: 2/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 1.3667 | 累计平均损失: 1.2933
Epoch: 2/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.3589 | 累计平均损失: 1.2811
Epoch 2/20 完成 | 训练准确率: 53.85% | 测试准确率: 62.93%
Epoch: 3/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.0959 | 累计平均损失: 1.1236
Epoch: 3/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.9653 | 累计平均损失: 1.1066
Epoch: 3/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.1059 | 累计平均损失: 1.1133
Epoch: 3/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.0716 | 累计平均损失: 1.1100
Epoch: 3/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.9998 | 累计平均损失: 1.1061
Epoch: 3/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.8898 | 累计平均损失: 1.0968
Epoch: 3/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.1732 | 累计平均损失: 1.0899
Epoch 3/20 完成 | 训练准确率: 60.97% | 测试准确率: 68.83%
Epoch: 4/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.0686 | 累计平均损失: 0.9907
Epoch: 4/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.0589 | 累计平均损失: 1.0043
Epoch: 4/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.1525 | 累计平均损失: 1.0007
Epoch: 4/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.0863 | 累计平均损失: 1.0005
Epoch: 4/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8149 | 累计平均损失: 0.9939
Epoch: 4/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.9056 | 累计平均损失: 0.9867
Epoch: 4/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.2270 | 累计平均损失: 0.9860
Epoch 4/20 完成 | 训练准确率: 65.44% | 测试准确率: 71.76%
Epoch: 5/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.0801 | 累计平均损失: 0.9192
Epoch: 5/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.1624 | 累计平均损失: 0.9218
Epoch: 5/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.0627 | 累计平均损失: 0.9276
Epoch: 5/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.9963 | 累计平均损失: 0.9271
Epoch: 5/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.0028 | 累计平均损失: 0.9282
Epoch: 5/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.8042 | 累计平均损失: 0.9265
Epoch: 5/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.9158 | 累计平均损失: 0.9230
Epoch 5/20 完成 | 训练准确率: 67.38% | 测试准确率: 72.34%
Epoch: 6/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6960 | 累计平均损失: 0.8893
Epoch: 6/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.1414 | 累计平均损失: 0.8980
Epoch: 6/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8233 | 累计平均损失: 0.8810
Epoch: 6/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.9663 | 累计平均损失: 0.8800
Epoch: 6/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6402 | 累计平均损失: 0.8777
Epoch: 6/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.8326 | 累计平均损失: 0.8770
Epoch: 6/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7939 | 累计平均损失: 0.8725
Epoch 6/20 完成 | 训练准确率: 69.43% | 测试准确率: 74.57%
Epoch: 7/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6367 | 累计平均损失: 0.8479
Epoch: 7/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.9513 | 累计平均损失: 0.8392
Epoch: 7/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8922 | 累计平均损失: 0.8390
Epoch: 7/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.8585 | 累计平均损失: 0.8363
Epoch: 7/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.1234 | 累计平均损失: 0.8367
Epoch: 7/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7642 | 累计平均损失: 0.8428
Epoch: 7/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.9019 | 累计平均损失: 0.8415
Epoch 7/20 完成 | 训练准确率: 70.33% | 测试准确率: 74.98%
Epoch: 8/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.9177 | 累计平均损失: 0.8314
Epoch: 8/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.0452 | 累计平均损失: 0.8248
Epoch: 8/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8323 | 累计平均损失: 0.8246
Epoch: 8/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.9562 | 累计平均损失: 0.8193
Epoch: 8/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6623 | 累计平均损失: 0.8156
Epoch: 8/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7042 | 累计平均损失: 0.8136
Epoch: 8/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7133 | 累计平均损失: 0.8143
Epoch 8/20 完成 | 训练准确率: 71.39% | 测试准确率: 76.06%
Epoch: 9/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5736 | 累计平均损失: 0.7938
Epoch: 9/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8989 | 累计平均损失: 0.8065
Epoch: 9/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.9629 | 累计平均损失: 0.7942
Epoch: 9/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.8681 | 累计平均损失: 0.7869
Epoch: 9/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8080 | 累计平均损失: 0.7871
Epoch: 9/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7212 | 累计平均损失: 0.7873
Epoch: 9/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6759 | 累计平均损失: 0.7850
Epoch 9/20 完成 | 训练准确率: 72.75% | 测试准确率: 76.17%
Epoch: 10/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.8768 | 累计平均损失: 0.7633
Epoch: 10/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8341 | 累计平均损失: 0.7658
Epoch: 10/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.5552 | 累计平均损失: 0.7614
Epoch: 10/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6951 | 累计平均损失: 0.7603
Epoch: 10/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8833 | 累计平均损失: 0.7580
Epoch: 10/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.5055 | 累计平均损失: 0.7601
Epoch: 10/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7422 | 累计平均损失: 0.7583
Epoch 10/20 完成 | 训练准确率: 73.36% | 测试准确率: 76.48%
Epoch: 11/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6644 | 累计平均损失: 0.7409
Epoch: 11/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.9901 | 累计平均损失: 0.7397
Epoch: 11/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8288 | 累计平均损失: 0.7381
Epoch: 11/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.8595 | 累计平均损失: 0.7470
Epoch: 11/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7503 | 累计平均损失: 0.7461
Epoch: 11/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7743 | 累计平均损失: 0.7487
Epoch: 11/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7670 | 累计平均损失: 0.7464
Epoch 11/20 完成 | 训练准确率: 73.94% | 测试准确率: 77.38%
Epoch: 12/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.7132 | 累计平均损失: 0.7339
Epoch: 12/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8789 | 累计平均损失: 0.7261
Epoch: 12/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8487 | 累计平均损失: 0.7302
Epoch: 12/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.0130 | 累计平均损失: 0.7283
Epoch: 12/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8398 | 累计平均损失: 0.7302
Epoch: 12/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6957 | 累计平均损失: 0.7269
Epoch: 12/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7502 | 累计平均损失: 0.7250
Epoch 12/20 完成 | 训练准确率: 74.49% | 测试准确率: 77.22%
Epoch: 13/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.7823 | 累计平均损失: 0.6959
Epoch: 13/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.5800 | 累计平均损失: 0.7047
Epoch: 13/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8682 | 累计平均损失: 0.6952
Epoch: 13/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.9196 | 累计平均损失: 0.6996
Epoch: 13/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.4675 | 累计平均损失: 0.7037
Epoch: 13/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6572 | 累计平均损失: 0.7114
Epoch: 13/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7213 | 累计平均损失: 0.7119
Epoch 13/20 完成 | 训练准确率: 74.97% | 测试准确率: 77.90%
Epoch: 14/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5798 | 累计平均损失: 0.6777
Epoch: 14/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8737 | 累计平均损失: 0.6863
Epoch: 14/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8261 | 累计平均损失: 0.6880
Epoch: 14/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.7245 | 累计平均损失: 0.6964
Epoch: 14/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7426 | 累计平均损失: 0.6973
Epoch: 14/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7059 | 累计平均损失: 0.6976
Epoch: 14/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6496 | 累计平均损失: 0.6959
Epoch 14/20 完成 | 训练准确率: 75.77% | 测试准确率: 78.48%
Epoch: 15/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6409 | 累计平均损失: 0.6905
Epoch: 15/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.9234 | 累计平均损失: 0.6843
Epoch: 15/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.6087 | 累计平均损失: 0.6839
Epoch: 15/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6568 | 累计平均损失: 0.6842
Epoch: 15/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7097 | 累计平均损失: 0.6816
Epoch: 15/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6782 | 累计平均损失: 0.6819
Epoch: 15/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7108 | 累计平均损失: 0.6844
Epoch 15/20 完成 | 训练准确率: 76.03% | 测试准确率: 79.32%
Epoch: 16/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6561 | 累计平均损失: 0.6870
Epoch: 16/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.6444 | 累计平均损失: 0.6638
Epoch: 16/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.7698 | 累计平均损失: 0.6651
Epoch: 16/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.8106 | 累计平均损失: 0.6639
Epoch: 16/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6375 | 累计平均损失: 0.6636
Epoch: 16/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.3377 | 累计平均损失: 0.6638
Epoch: 16/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6238 | 累计平均损失: 0.6636
Epoch 16/20 完成 | 训练准确率: 76.76% | 测试准确率: 79.13%
Epoch: 17/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5843 | 累计平均损失: 0.6644
Epoch: 17/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.4034 | 累计平均损失: 0.6667
Epoch: 17/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.3853 | 累计平均损失: 0.6667
Epoch: 17/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.4968 | 累计平均损失: 0.6624
Epoch: 17/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7630 | 累计平均损失: 0.6618
Epoch: 17/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.8279 | 累计平均损失: 0.6585
Epoch: 17/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6700 | 累计平均损失: 0.6556
Epoch 17/20 完成 | 训练准确率: 77.09% | 测试准确率: 80.13%
Epoch: 18/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6704 | 累计平均损失: 0.6657
Epoch: 18/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8145 | 累计平均损失: 0.6625
Epoch: 18/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8009 | 累计平均损失: 0.6583
Epoch: 18/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.5107 | 累计平均损失: 0.6514
Epoch: 18/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.5763 | 累计平均损失: 0.6506
Epoch: 18/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7510 | 累计平均损失: 0.6532
Epoch: 18/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6023 | 累计平均损失: 0.6518
Epoch 18/20 完成 | 训练准确率: 77.18% | 测试准确率: 79.76%
Epoch: 19/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.3737 | 累计平均损失: 0.6241
Epoch: 19/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.5537 | 累计平均损失: 0.6203
Epoch: 19/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.5849 | 累计平均损失: 0.6321
Epoch: 19/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.7299 | 累计平均损失: 0.6324
Epoch: 19/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6234 | 累计平均损失: 0.6332
Epoch: 19/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6151 | 累计平均损失: 0.6364
Epoch: 19/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7134 | 累计平均损失: 0.6360
Epoch 19/20 完成 | 训练准确率: 77.77% | 测试准确率: 80.14%
Epoch: 20/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.8019 | 累计平均损失: 0.6260
Epoch: 20/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.6791 | 累计平均损失: 0.6199
Epoch: 20/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4723 | 累计平均损失: 0.6175
Epoch: 20/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6396 | 累计平均损失: 0.6187
Epoch: 20/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.5494 | 累计平均损失: 0.6206
Epoch: 20/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6894 | 累计平均损失: 0.6237
Epoch: 20/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7451 | 累计平均损失: 0.6274
Epoch 20/20 完成 | 训练准确率: 77.87% | 测试准确率: 80.75%

训练完成！最终测试准确率: 80.75%

修改调度器和CNN结构

主要修改说明：

CNN结构修改：
- 每个卷积块增加了一个额外的卷积层（从单层变为双层）
- 使用nn.Sequential组织卷积块，使结构更清晰
- 在全连接层中增加了256维的隐藏层
- 调整了dropout比例（新增层设为0.4）
调度器修改：
- 使用CosineAnnealingLR替代原ReduceLROnPlateau
- 设置余弦周期为20个epoch（与训练周期相同）
- 最小学习率设为1e-5
- 移除了调度器的验证损失参数
其他调整：
- 在训练循环中添加了学习率打印
- 增加了模型修改的提示信息

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
from torch.utils.data import DataLoader
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 设置中文字体支持
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题# 检查GPU是否可用
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
print(f"使用设备: {device}")# 1. 数据预处理
# 训练集：使用多种数据增强方法提高模型泛化能力
train_transform = transforms.Compose([transforms.RandomCrop(32, padding=4),transforms.RandomHorizontalFlip(),transforms.ColorJitter(brightness=0.2, contrast=0.2, saturation=0.2, hue=0.1),transforms.RandomRotation(15),transforms.ToTensor(),transforms.Normalize((0.4914, 0.4822, 0.4465), (0.2023, 0.1994, 0.2010))
])# 测试集：仅进行必要的标准化
test_transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),transforms.Normalize((0.4914, 0.4822, 0.4465), (0.2023, 0.1994, 0.2010))
])# 2. 加载CIFAR-10数据集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=True,download=True,transform=train_transform
)test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=False,transform=test_transform
)# 3. 创建数据加载器
batch_size = 64
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)# 4. 定义修改后的CNN模型（深度增加）
class CNN(nn.Module):def __init__(self):super(CNN, self).__init__()# ---------------------- 第一个卷积块（深度增加）--------------------self.conv_block1 = nn.Sequential(nn.Conv2d(3, 32, 3, padding=1),nn.BatchNorm2d(32),nn.ReLU(),nn.Conv2d(32, 32, 3, padding=1),  # 新增的卷积层nn.BatchNorm2d(32),nn.ReLU(),nn.MaxPool2d(2))# ---------------------- 第二个卷积块（深度增加）--------------------self.conv_block2 = nn.Sequential(nn.Conv2d(32, 64, 3, padding=1),nn.BatchNorm2d(64),nn.ReLU(),nn.Conv2d(64, 64, 3, padding=1),  # 新增的卷积层nn.BatchNorm2d(64),nn.ReLU(),nn.MaxPool2d(2))# ---------------------- 第三个卷积块（深度增加）--------------------self.conv_block3 = nn.Sequential(nn.Conv2d(64, 128, 3, padding=1),nn.BatchNorm2d(128),nn.ReLU(),nn.Conv2d(128, 128, 3, padding=1),  # 新增的卷积层nn.BatchNorm2d(128),nn.ReLU(),nn.MaxPool2d(2))# ---------------------- 全连接层（增加隐藏层）--------------------self.classifier = nn.Sequential(nn.Linear(128 * 4 * 4, 512),nn.ReLU(),nn.Dropout(0.5),nn.Linear(512, 256),  # 新增的全连接层nn.ReLU(),nn.Dropout(0.4),nn.Linear(256, 10))def forward(self, x):x = self.conv_block1(x)x = self.conv_block2(x)x = self.conv_block3(x)x = x.view(-1, 128 * 4 * 4)x = self.classifier(x)return x# 初始化模型
model = CNN()
model = model.to(device)criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)# 5. 修改调度器为CosineAnnealingLR
scheduler = optim.lr_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T_max=20,   # 余弦周期长度（设为epoch数）eta_min=1e-5  # 最小学习率
)# 6. 训练模型（保持不变）
def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, scheduler, device, epochs):model.train()all_iter_losses = []iter_indices = []train_acc_history = []test_acc_history = []train_loss_history = []test_loss_history = []for epoch in range(epochs):running_loss = 0.0correct = 0total = 0for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):data, target = data.to(device), target.to(device)optimizer.zero_grad()output = model(data)loss = criterion(output, target)loss.backward()optimizer.step()iter_loss = loss.item()all_iter_losses.append(iter_loss)iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)running_loss += iter_loss_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()if (batch_idx + 1) % 100 == 0:print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} 'f'| 单Batch损失: {iter_loss:.4f} | 累计平均损失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)epoch_train_acc = 100. * correct / totaltrain_acc_history.append(epoch_train_acc)train_loss_history.append(epoch_train_loss)# 测试阶段model.eval()test_loss = 0correct_test = 0total_test = 0with torch.no_grad():for data, target in test_loader:data, target = data.to(device), target.to(device)output = model(data)test_loss += criterion(output, target).item()_, predicted = output.max(1)total_test += target.size(0)correct_test += predicted.eq(target).sum().item()epoch_test_loss = test_loss / len(test_loader)epoch_test_acc = 100. * correct_test / total_testtest_acc_history.append(epoch_test_acc)test_loss_history.append(epoch_test_loss)# 更新学习率（使用新的调度器）scheduler.step()  # 注意：这里不再传入参数print(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 训练准确率: {epoch_train_acc:.2f}% | 测试准确率: {epoch_test_acc:.2f}%')print(f'当前学习率: {scheduler.get_last_lr()[0]:.6f}')  # 打印当前学习率plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)plot_epoch_metrics(train_acc_history, test_acc_history, train_loss_history, test_loss_history)return epoch_test_acc# 7. 绘制函数（保持不变）
def plot_iter_losses(losses, indices):plt.figure(figsize=(10, 4))plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')plt.xlabel('Iteration（Batch序号）')plt.ylabel('损失值')plt.title('每个 Iteration 的训练损失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()def plot_epoch_metrics(train_acc, test_acc, train_loss, test_loss):epochs = range(1, len(train_acc) + 1)plt.figure(figsize=(12, 4))plt.subplot(1, 2, 1)plt.plot(epochs, train_acc, 'b-', label='训练准确率')plt.plot(epochs, test_acc, 'r-', label='测试准确率')plt.xlabel('Epoch')plt.ylabel('准确率 (%)')plt.title('训练和测试准确率')plt.legend()plt.grid(True)plt.subplot(1, 2, 2)plt.plot(epochs, train_loss, 'b-', label='训练损失')plt.plot(epochs, test_loss, 'r-', label='测试损失')plt.xlabel('Epoch')plt.ylabel('损失值')plt.title('训练和测试损失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 8. 执行训练和测试
epochs = 20
print("开始使用修改后的CNN训练模型...")
print("CNN结构变化：每个卷积块增加一层卷积，全连接层增加隐藏层")
print("调度器变化：使用CosineAnnealingLR替代ReduceLROnPlateau")
final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, scheduler, device, epochs)
print(f"训练完成！最终测试准确率: {final_accuracy:.2f}%")

使用设备: cuda
Files already downloaded and verified
开始使用修改后的CNN训练模型...
CNN结构变化：每个卷积块增加一层卷积，全连接层增加隐藏层
调度器变化：使用CosineAnnealingLR替代ReduceLROnPlateau
Epoch: 1/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.8050 | 累计平均损失: 2.0935
Epoch: 1/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.7667 | 累计平均损失: 1.9801
Epoch: 1/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.5920 | 累计平均损失: 1.9020
Epoch: 1/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.5326 | 累计平均损失: 1.8470
Epoch: 1/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.6196 | 累计平均损失: 1.8013
Epoch: 1/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 1.8593 | 累计平均损失: 1.7685
Epoch: 1/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.3404 | 累计平均损失: 1.7360
Epoch 1/20 完成 | 训练准确率: 36.08% | 测试准确率: 49.15%
当前学习率: 0.000994
Epoch: 2/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.1362 | 累计平均损失: 1.5179
Epoch: 2/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 1.3705 | 累计平均损失: 1.4461
Epoch: 2/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.1327 | 累计平均损失: 1.4175
Epoch: 2/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.3137 | 累计平均损失: 1.3849
Epoch: 2/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.2219 | 累计平均损失: 1.3593
Epoch: 2/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 1.3146 | 累计平均损失: 1.3373
Epoch: 2/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.2141 | 累计平均损失: 1.3159
Epoch 2/20 完成 | 训练准确率: 52.70% | 测试准确率: 63.61%
当前学习率: 0.000976
Epoch: 3/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 1.4909 | 累计平均损失: 1.1485
Epoch: 3/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.9958 | 累计平均损失: 1.1380
Epoch: 3/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.4342 | 累计平均损失: 1.1311
Epoch: 3/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.1685 | 累计平均损失: 1.1247
Epoch: 3/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 1.0974 | 累计平均损失: 1.1117
Epoch: 3/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 1.1727 | 累计平均损失: 1.1017
Epoch: 3/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 1.0628 | 累计平均损失: 1.0938
Epoch 3/20 完成 | 训练准确率: 61.23% | 测试准确率: 63.97%
当前学习率: 0.000946
Epoch: 4/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.8854 | 累计平均损失: 0.9791
Epoch: 4/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8049 | 累计平均损失: 0.9955
Epoch: 4/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.1317 | 累计平均损失: 0.9903
Epoch: 4/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 1.0441 | 累计平均损失: 0.9795
Epoch: 4/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6115 | 累计平均损失: 0.9741
Epoch: 4/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.9456 | 累计平均损失: 0.9688
Epoch: 4/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.5634 | 累计平均损失: 0.9641
Epoch 4/20 完成 | 训练准确率: 66.23% | 测试准确率: 72.92%
当前学习率: 0.000905
Epoch: 5/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.8559 | 累计平均损失: 0.8663
Epoch: 5/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8735 | 累计平均损失: 0.8752
Epoch: 5/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 1.2515 | 累计平均损失: 0.8794
Epoch: 5/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.9959 | 累计平均损失: 0.8804
Epoch: 5/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8902 | 累计平均损失: 0.8732
Epoch: 5/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7361 | 累计平均损失: 0.8682
Epoch: 5/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.8452 | 累计平均损失: 0.8692
Epoch 5/20 完成 | 训练准确率: 69.41% | 测试准确率: 75.44%
当前学习率: 0.000855
Epoch: 6/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5823 | 累计平均损失: 0.7920
Epoch: 6/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.8239 | 累计平均损失: 0.8028
Epoch: 6/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8782 | 累计平均损失: 0.8073
Epoch: 6/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.7519 | 累计平均损失: 0.8036
Epoch: 6/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.8054 | 累计平均损失: 0.8022
Epoch: 6/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6717 | 累计平均损失: 0.8025
Epoch: 6/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6035 | 累计平均损失: 0.7957
Epoch 6/20 完成 | 训练准确率: 72.34% | 测试准确率: 77.79%
当前学习率: 0.000796
Epoch: 7/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.7853 | 累计平均损失: 0.7355
Epoch: 7/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.7850 | 累计平均损失: 0.7466
Epoch: 7/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.6543 | 累计平均损失: 0.7455
Epoch: 7/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.5462 | 累计平均损失: 0.7420
Epoch: 7/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.9047 | 累计平均损失: 0.7439
Epoch: 7/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6443 | 累计平均损失: 0.7439
Epoch: 7/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6308 | 累计平均损失: 0.7421
Epoch 7/20 完成 | 训练准确率: 74.20% | 测试准确率: 79.03%
当前学习率: 0.000730
Epoch: 8/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.7793 | 累计平均损失: 0.6697
Epoch: 8/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.5668 | 累计平均损失: 0.6895
Epoch: 8/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8320 | 累计平均损失: 0.6919
Epoch: 8/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.5765 | 累计平均损失: 0.6923
Epoch: 8/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7223 | 累计平均损失: 0.6928
Epoch: 8/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.7419 | 累计平均损失: 0.6961
Epoch: 8/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7659 | 累计平均损失: 0.6946
Epoch 8/20 完成 | 训练准确率: 75.76% | 测试准确率: 79.03%
当前学习率: 0.000658
Epoch: 9/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.3118 | 累计平均损失: 0.6563
Epoch: 9/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.6892 | 累计平均损失: 0.6511
Epoch: 9/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8961 | 累计平均损失: 0.6549
Epoch: 9/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6311 | 累计平均损失: 0.6556
Epoch: 9/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.6228 | 累计平均损失: 0.6575
Epoch: 9/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.8403 | 累计平均损失: 0.6576
Epoch: 9/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.6273 | 累计平均损失: 0.6586
Epoch 9/20 完成 | 训练准确率: 77.15% | 测试准确率: 80.55%
当前学习率: 0.000582
Epoch: 10/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.4186 | 累计平均损失: 0.6217
Epoch: 10/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.7607 | 累计平均损失: 0.6207
Epoch: 10/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4815 | 累计平均损失: 0.6233
Epoch: 10/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6441 | 累计平均损失: 0.6245
Epoch: 10/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.4739 | 累计平均损失: 0.6229
Epoch: 10/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.5498 | 累计平均损失: 0.6176
Epoch: 10/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.7301 | 累计平均损失: 0.6177
Epoch 10/20 完成 | 训练准确率: 78.33% | 测试准确率: 80.94%
当前学习率: 0.000505
Epoch: 11/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5929 | 累计平均损失: 0.6058
Epoch: 11/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.7079 | 累计平均损失: 0.6007
Epoch: 11/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4755 | 累计平均损失: 0.5907
Epoch: 11/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.5401 | 累计平均损失: 0.5906
Epoch: 11/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.7147 | 累计平均损失: 0.5892
Epoch: 11/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6137 | 累计平均损失: 0.5884
Epoch: 11/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.5184 | 累计平均损失: 0.5892
Epoch 11/20 完成 | 训练准确率: 79.33% | 测试准确率: 81.42%
当前学习率: 0.000428
Epoch: 12/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6648 | 累计平均损失: 0.5598
Epoch: 12/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.5668 | 累计平均损失: 0.5596
Epoch: 12/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.5630 | 累计平均损失: 0.5609
Epoch: 12/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.4161 | 累计平均损失: 0.5598
Epoch: 12/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3923 | 累计平均损失: 0.5568
Epoch: 12/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.4892 | 累计平均损失: 0.5568
Epoch: 12/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.5791 | 累计平均损失: 0.5556
Epoch 12/20 完成 | 训练准确率: 80.55% | 测试准确率: 82.92%
当前学习率: 0.000352
Epoch: 13/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.6261 | 累计平均损失: 0.5073
Epoch: 13/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.6456 | 累计平均损失: 0.5287
Epoch: 13/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.8094 | 累计平均损失: 0.5253
Epoch: 13/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.4489 | 累计平均损失: 0.5255
Epoch: 13/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3670 | 累计平均损失: 0.5252
Epoch: 13/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.4988 | 累计平均损失: 0.5247
Epoch: 13/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.5537 | 累计平均损失: 0.5295
Epoch 13/20 完成 | 训练准确率: 81.51% | 测试准确率: 83.89%
当前学习率: 0.000280
Epoch: 14/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.7305 | 累计平均损失: 0.5213
Epoch: 14/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.4049 | 累计平均损失: 0.5112
Epoch: 14/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4666 | 累计平均损失: 0.5104
Epoch: 14/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.7537 | 累计平均损失: 0.5108
Epoch: 14/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3164 | 累计平均损失: 0.5125
Epoch: 14/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.4432 | 累计平均损失: 0.5097
Epoch: 14/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.3755 | 累计平均损失: 0.5086
Epoch 14/20 完成 | 训练准确率: 82.26% | 测试准确率: 83.81%
当前学习率: 0.000214
Epoch: 15/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5143 | 累计平均损失: 0.4874
Epoch: 15/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.5297 | 累计平均损失: 0.4838
Epoch: 15/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4820 | 累计平均损失: 0.4771
Epoch: 15/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6205 | 累计平均损失: 0.4760
Epoch: 15/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3647 | 累计平均损失: 0.4767
Epoch: 15/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.3072 | 累计平均损失: 0.4777
Epoch: 15/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.3878 | 累计平均损失: 0.4785
Epoch 15/20 完成 | 训练准确率: 83.28% | 测试准确率: 84.12%
当前学习率: 0.000155
Epoch: 16/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.3728 | 累计平均损失: 0.4531
Epoch: 16/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.2953 | 累计平均损失: 0.4566
Epoch: 16/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.6765 | 累计平均损失: 0.4609
Epoch: 16/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6833 | 累计平均损失: 0.4623
Epoch: 16/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3090 | 累计平均损失: 0.4608
Epoch: 16/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.5024 | 累计平均损失: 0.4619
Epoch: 16/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.3089 | 累计平均损失: 0.4622
Epoch 16/20 完成 | 训练准确率: 83.61% | 测试准确率: 84.53%
当前学习率: 0.000105
Epoch: 17/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.5743 | 累计平均损失: 0.4541
Epoch: 17/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.4445 | 累计平均损失: 0.4524
Epoch: 17/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.5300 | 累计平均损失: 0.4524
Epoch: 17/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.4818 | 累计平均损失: 0.4488
Epoch: 17/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.4168 | 累计平均损失: 0.4484
Epoch: 17/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.3534 | 累计平均损失: 0.4454
Epoch: 17/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.5038 | 累计平均损失: 0.4464
Epoch 17/20 完成 | 训练准确率: 84.23% | 测试准确率: 84.76%
当前学习率: 0.000064
Epoch: 18/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.3822 | 累计平均损失: 0.4469
Epoch: 18/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.3140 | 累计平均损失: 0.4357
Epoch: 18/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4988 | 累计平均损失: 0.4361
Epoch: 18/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.4936 | 累计平均损失: 0.4355
Epoch: 18/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.4540 | 累计平均损失: 0.4351
Epoch: 18/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.2746 | 累计平均损失: 0.4339
Epoch: 18/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.4863 | 累计平均损失: 0.4346
Epoch 18/20 完成 | 训练准确率: 84.55% | 测试准确率: 85.22%
当前学习率: 0.000034
Epoch: 19/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.3880 | 累计平均损失: 0.4198
Epoch: 19/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.2779 | 累计平均损失: 0.4202
Epoch: 19/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.3886 | 累计平均损失: 0.4177
Epoch: 19/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.6143 | 累计平均损失: 0.4186
Epoch: 19/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.2959 | 累计平均损失: 0.4221
Epoch: 19/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.6189 | 累计平均损失: 0.4261
Epoch: 19/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.1839 | 累计平均损失: 0.4270
Epoch 19/20 完成 | 训练准确率: 85.17% | 测试准确率: 85.20%
当前学习率: 0.000016
Epoch: 20/20 | Batch: 100/782 | 单Batch损失: 0.4434 | 累计平均损失: 0.4097
Epoch: 20/20 | Batch: 200/782 | 单Batch损失: 0.6426 | 累计平均损失: 0.4152
Epoch: 20/20 | Batch: 300/782 | 单Batch损失: 0.4440 | 累计平均损失: 0.4187
Epoch: 20/20 | Batch: 400/782 | 单Batch损失: 0.3760 | 累计平均损失: 0.4231
Epoch: 20/20 | Batch: 500/782 | 单Batch损失: 0.3558 | 累计平均损失: 0.4236
Epoch: 20/20 | Batch: 600/782 | 单Batch损失: 0.3684 | 累计平均损失: 0.4235
Epoch: 20/20 | Batch: 700/782 | 单Batch损失: 0.3380 | 累计平均损失: 0.4238
Epoch 20/20 完成 | 训练准确率: 85.05% | 测试准确率: 85.26%
当前学习率: 0.000010

训练完成！最终测试准确率: 85.26%

分析对比结果

1. 模型性能提升显著

原模型最终测试准确率：80.75%
修改后模型最终测试准确率：85.26%
性能提升：+4.51%

这是显著的提升，说明修改后的CNN结构和调度器有效提高了模型性能。

2. 训练曲线对比分析

图 1（原模型 Iteration 训练损失）分析：
初始阶段：损失快速下降，模型快速学习。
后期波动：损失在 0.5~1.5 间大幅震荡，反映批次级训练不稳定（如小批次、学习率波动等），导致每个 Batch 的损失波动大。

图 2（原模型训练 / 测试指标）分析：
准确率：
训练准确率（蓝）从 40% 升至 78%，测试准确率（红）从 53% 升至 80%，测试准确率略高于训练（罕见，可能因训练集波动大，测试集更简单或计算方式差异）。
整体呈上升趋势，模型有效学习，但训练过程稳定性不足（受图 1 波动影响）。
损失：
训练损失（蓝）从 1.6 降至 0.6，测试损失（红）从 1.2 降至 0.6，测试损失略低于训练，与准确率趋势一致，模型无明显过拟合（损失均下降且接近）。

图 3（修改后 Iteration 训练损失）分析：
波动减小：后期（如 10000 Iteration 后）损失更集中在 0.5 附近，震荡幅度显著降低，说明训练稳定性提升（可能优化了学习率、批次大小或模型结构，使 Batch 级损失更平滑）。

图 4（修改后训练 / 测试指标）分析：
准确率：
训练（蓝）和测试（红）准确率均升至 83%，最终几乎重合，表明模型泛化能力增强（训练与测试表现一致，无偏差），且准确率绝对值高于原模型（83% vs 原 80%），学习效果更优。
损失：
训练（蓝）和测试（红）损失均降至 0.4 左右，更低且更接近，说明收敛更彻底（损失下降幅度大，且无过拟合，测试损失未高于训练），模型优化更充分。

对比总结：

训练稳定性：修改后 Iteration 损失波动减小（图 3 vs 图 1），训练过程更稳定，减少了 Batch 级噪声干扰。

学习效果：
准确率：修改后更高且训练 / 测试一致（图 4 vs 图 2 ），原模型测试略高（可能因训练波动），修改后模型在训练集上学习更充分。
损失：修改后更低且收敛更好（图 4 vs 图 2 ），说明优化策略（如学习率调整、批次优化等）更有效，模型对损失函数的优化更彻底。
泛化能力：修改后训练 / 测试指标几乎重合（准确率、损失），表明模型泛化能力显著提升，无过拟合 / 欠拟合，原模型测试略优的异常情况（图 2）被修正。

修改后的模型在训练稳定性、学习效果、泛化能力上均优于原模型，通过优化训练策略（如学习率、批次、模型结构），实现了更稳定的训练过程、更高的准确率和更低的损失，且训练与测试表现一致，模型性能显著提升。

3. 学习率调度效果

余弦退火特点：
- 学习率从0.001平滑降至0.00001
- 每个epoch后自动调整（无需等待3个epoch不改进）
对比原调度器：
- 原ReduceLROnPlateau只在损失不改进时调整
- 导致学习率变化不连续（日志显示后期学习率未变化）

4. CNN结构修改效果

组件	原模型	修改后模型	效果
卷积层	3层单卷积	3层双卷积	特征提取能力提升
全连接层	1层（512）	2层（512→256）	表征能力提升
Dropout	单层 0.5	双层（0.5+0.4）	过拟合控制提升
参数量	~1.2M	~1.8M	模型容量提升