（7）机器学习小白入门 YOLOv：机器学习模型训练详解

— (1)机器学习小白入门YOLOv ：从概念到实践
(2)机器学习小白入门 YOLOv：从模块优化到工程部署
(3)机器学习小白入门 YOLOv： 解锁图片分类新技能
(4)机器学习小白入门YOLOv ：图片标注实操手册
(5)机器学习小白入门 YOLOv：数据需求与图像不足应对策略
(6)机器学习小白入门 YOLOv:图片的数据预处理
(7)机器学习小白入门 YOLOv：模型训练详解

一、训练模型的基本概念和原理简介

原理简介

模型通过一个称为反向传播的过程反复进行预测、计算误差和更新参数。在此过程中，模型会调整其内部参数 (weights and biases) 以减少误差。通过多次重复这一循环，模型逐渐提高了准确性。随着时间的推移，它就能学会识别形状、颜色和纹理等复杂模式。

模型作用：

YOLOv8 是一个用于 目标检测 的深度学习模型。它的任务是在一张图片中识别出图像中存在的对象，并标记它们的位置（通常用边界框表示）以及每个对象的类别标签。

目标函数（Loss）：

在训练过程中，我们需要最小化损失函数。YOLOv8 模型的损失主要包括以下几个部分：

• 分类损失：判断模型输出的物体类别是否正确。
• 定位损失：衡量边界框位置与真实目标之间的差距。
• 置信度损失：判断一个预测框是否包含一个目标对象。

优化器的作用：

使用优化器来更新神经网络中的权重参数，以最小化损失函数。常见优化器有 SGD、Adam、RMSProp、AdamW 等。

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二、训练模型的步骤详解

以下是基于 Python 和 YOLOv8 训练目标检测模型的整体流程：

步骤 1：导入必要的库

import torch
from ultralytics import YOLO

注意：

• ultralytics 是官方提供的对YOLOv8的封装。
• 使用前需通过 pip 安装 ultralytics 包：

  pip install ultralytics
  

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步骤 2：加载预训练模型

model = YOLO("yolov8n.pt")  # 加载YOLOv8小型目标检测预训练权重，也可以使用 'yolov8s.pt'、'yolov8m.pt' 等不同大小的模型

• yolov8n.pt: 小型网络。
• yolov8m.pt: 中型网络（默认）。
• yolov8l.pt/yolov8x.pt: 大型网络，检测精度高但推理速度较慢。

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步骤 3：定义训练配置

# 定义模型的训练配置参数
config = {"epochs": 100,         # 总共训练多少轮"imgsz": 640,          # 图像缩放大小"batch_size": 16,      # 每次送入网络的数据量（影响训练速度和内存占用）"workers": 8,          # 数据加载线程数，加速数据读取"device": 'cuda',      # 使用GPU进行训练，'cpu'也可以使用CPU进行训练但会更慢"project": "yolov8_training",     # 训练结果保存的根目录名称（可自定义）"name": "train_exp"        # 当前实验的名字，在 project 文件夹中形成子文件夹
}

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步骤 4：开始训练模型

results = model.train(data='coco.yaml',           # 数据集配置文件路径，需要按照格式提供数据集信息epochs=config["epochs"],imgsz=config["imgsz"],batch_size=config["batch_size"],workers=config["workers"],device=config["device"],project=config["project"],name=config["name"]
)

data='coco.yaml' 是 Ultralytics 提供的 COCO 数据集配置文件路径，如果你有自定义的数据集，可以自己按照格式创建一个 .yaml 文件。

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步骤 5：验证训练结果

# 在训练完成后对模型进行验证
metrics = model.val()
print(metrics)

val() 方法返回的是在验证数据上的检测指标（如 mAP、Recall 等）。

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三、优化器的选择和使用（以 AdamW 为例）

YOLOv8 默认使用的是 AdamW 优化器，它是一个改进的 Adam 优化算法，支持 L2 正则化。

示例：

# 如果你需要手动控制训练过程，也可以直接使用 torch.optim.AdamWfrom torch import optim, nn# 假设你已经有了一个网络模型 model
model = Model()  # 自己定义的神经网络结构optimizer = optim.AdamW(model.parameters(), lr=1e-3, weight_decay=0.01)
criterion = nn.BCELoss()for epoch in range(config["epochs"]):for batch_data, batch_labels in train_loader:outputs = model(batch_data)loss = criterion(outputs, batch_labels)optimizer.zero_grad()loss.backward()optimizer.step()

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四、提前停止策略（Early Stopping）的实现

在模型训练过程中，如果验证集上的损失连续多轮没有下降，则可以考虑提前结束训练。

from sklearn.model_selection import train_test_split
import torch
from ultralytics import YOLO, EarlyStoppingmodel = YOLO("yolov8n.pt")early_stopper = EarlyStopping(patience=10)  # 设置为10轮没有改进则提前停止for epoch in range(100):model.train()train_loss = model.train()  # 训练val_loss = model.val()      # 验证if early_stopper(val_loss):print("Early stopping triggered.")break

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五、如何确定训练纪元数（Epochs）

• 如果是目标检测任务，建议设置为 100 ~ 500。
• 初始可设为 30，然后观察验证损失是否在下降，再适当增加。
• 每次增加 20 或 50 轮左右即可。

注意：如果模型过拟合，可以通过早停、数据增强（如 CutMix）等方法缓解。

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六、训练过程的监控与记录

输出日志：

YOLOv8 的训练会实时输出以下内容：

• 每个 epoch 中损失的变化。
• mAP（mean Average Precision），衡量检测准确率的一个指标。
• 训练用时和每个 epoch 速度。

可视化工具：

使用 TensorBoard 来查看模型的训练过程，可以通过以下方式启用它：

from torch.utils.tensorboard import SummaryWriterwriter = SummaryWriter('runs/train')for i, data in enumerate(train_loader):outputs = model(data)writer.add_scalar("Loss", loss.item(), i)  # 记录损失值

然后使用命令启动 TensorBoard：

tensorboard --logdir runs/train

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📌 小结

模块	内容
模型选择	使用 YOLOv8 的预训练模型 yolov8n.pt
优化器	AdamW 是目前最常用的选择，支持权重衰减（防止过拟合）
提前停止	若验证损失连续10轮无改进，则终止训练以节省资源
训练纪元数	初始设置为50~100，再根据结果增加即可
数据处理	需要自定义 data.yaml 文件来描述训练和测试集的路径、类别等信息

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