VisualDL 使用指南

概述

VisualDL 是一个面向深度学习任务设计的可视化工具。VisualDL 利用了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。

Scalar — 折线图组件

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：

Demo

• 基础使用

下面展示了使用 Scalar 组件记录数据的示例，代码文件请见Scalar组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

接着在浏览器打开http://127.0.0.1:8080，即可查看以下折线图。

• 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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

接着在浏览器打开http://127.0.0.1:8080，即可查看以下折线图，对比「scalar_test」和「scalar_test2」的Accuracy和Loss。

*多组实验对比的应用案例可参考AI Studio项目：VisualDL 2.0—眼疾识别训练可视化

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

• 数据点Hover展示详细信息

• 可搜索卡片标签，展示目标图像

• 可搜索打点数据标签，展示特定数据

• 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

• 可调整曲线平滑度，以便更好的展现参数整体的变化趋势

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：

Demo

下面展示了使用 Image 组件记录数据的示例，代码文件请见Image组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

在浏览器输入http://127.0.0.1:8080，即可查看图片数据。

功能操作说明

可搜索图片标签显示对应图片数据

支持滑动Step/迭代次数查看不同迭代次数下的图片数据

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：

Demo

下面展示了使用 Audio 组件记录数据的示例，代码文件请见Audio组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

在浏览器输入http://127.0.0.1:8080，即可查看音频数据。

功能操作说明

• 可搜索音频标签显示对应音频数据

• 支持滑动Step/迭代次数试听不同迭代次数下的音频数据

• 支持播放/暂停音频数据

• 支持音量调节

• 支持音频下载

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。

Demo

共有两种启动方式：

• 前端模型文件拖拽上传：

  • 如只需使用Graph组件，则无需添加任何参数，在命令行执行visualdl后即可启动面板进行上传。

  • 如果同时需使用其他功能，在命令行指定日志文件路径（以./log为例）即可启动面板进行上传：

  visualdl --logdir ./log --port 8080

• 后端启动Graph：

  • 在命令行加入参数--model并指定模型文件路径（非文件夹路径），即可启动并查看网络结构可视化：

  visualdl --model ./log/model --port 8080

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

• 支持上下左右任意拖拽模型、放大和缩小模型

• 搜索定位到对应节点

• 点击查看模型属性

• 支持选择模型展示的信息

• 支持以PNG、SVG格式导出模型结构图

• 点击节点即可展示对应属性信息

• 支持一键更换模型

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：

Demo

下面展示了使用 Histogram组件记录数据的示例，代码文件请见Histogram组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

在浏览器输入http://127.0.0.1:8080，即可查看训练参数直方图。

功能操作说明

• 支持数据卡片「最大化」、直方图「下载」

  

• 可选择Offset或Overlay模式

  

  • Offset模式

  

  • Overlay模式

  

• 数据点Hover展示参数值、训练步数、频次

  • 在第240次训练步数时，权重为-0.0031，且出现的频次是2734次

  

• 可搜索卡片标签，展示目标直方图

  

• 可搜索打点数据标签，展示特定数据流

  

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：

Demo

下面展示了使用 PR Curve 组件记录数据的示例，代码文件请见PR Curve组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

接着在浏览器打开http://127.0.0.1:8080，即可查看PR Curve

功能操作说明

• 支持数据卡片「最大化」，「还原」、「下载」PR曲线

  

• 数据点Hover展示详细信息：阈值对应的TP、TN、FP、FN

  

• 可搜索卡片标签，展示目标图表

  

• 可搜索打点数据标签，展示特定数据

  

• 支持查看不同训练步数下的PR曲线

  

• 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

  

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：

Demo

下面展示了使用 High Dimensional 组件记录数据的示例，代码文件请见High Dimensional组件

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，在命令行执行

visualdl --logdir ./log --port 8080

接着在浏览器打开http://127.0.0.1:8080，即可查看降维后的可视化数据。