Why batch training with maximum batchsize using PyTorch dataloader exhibits worse performance than inputing entire datasets to the networks?

While experimenting with PyTorch for neural network training, we encounter a choice: Should we load data in batches using PyTorch’s DataLoader, or should we input the entire dataset at once directly into the model (No GPU memory issues)? I was thinking that using DataLoader with a batch size equal to the entire dataset should mirror the performance of directly loading the full dataset. However, observations indicate otherwise.

It’s observed that when using DataLoader with maximum batch size, the training performance (e.g. loss) tends to be poorer compared to loading the entire dataset directly. Moreover, this method of using DataLoader also seems to consume more time.

As someone new to PyTorch, I find these differences puzzling. Why does training with DataLoader in batches, even when the batch size is at its maximum, yield worse performance than loading all the data directly into the model?

Very appreciate any assistance with unpacking the intricacies of data loading in PyTorch and seeking explanations for these curious behaviors.

Plain text
Copy to clipboard
Open code in new window
EnlighterJS 3 Syntax Highlighter
<code>import torch
from torch.utils.data import DataLoader, TensorDataset
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import time
# Set the random seed for reproducibility
torch.manual_seed(0)
# Generate synthetic data
x = torch.linspace(-10, 10, 1000).unsqueeze(1) # x data tensor
y = x**2 + torch.randn_like(x) * 10 # y data with noise
class SimpleLinearModel(nn.Module):
def __init__(self):
super(SimpleLinearModel, self).__init__()
self.fc1 = nn.Linear(1, 10) # First linear layer
self.relu = nn.ReLU() # ReLU activation
self.fc2 = nn.Linear(10, 1) # Second linear layer to map back to output
def forward(self, x):
x = self.relu(self.fc1(x))
x = self.fc2(x)
return x
def train_model(model, loader, optimizer, epochs=2000):
criterion = nn.MSELoss()
for epoch in range(epochs):
for x_batch, y_batch in loader:
optimizer.zero_grad()
output = model(x_batch)
loss = criterion(output, y_batch)
loss.backward()
optimizer.step()
print("Loader: Loss is {}".format(loss.item()))
return model
# Model instances
model_direct = SimpleLinearModel()
model_loader = SimpleLinearModel()
# Optimizers
optimizer_direct = optim.Adam(model_direct.parameters(), lr=0.01)
optimizer_loader = optim.Adam(model_loader.parameters(), lr=0.01)
# DataLoader
dataset = TensorDataset(x, y)
full_batch_loader = DataLoader(dataset, batch_size=len(dataset), shuffle=False)
# Train directly using the full dataset
model_direct.train()
time_start = time.time()
for epoch in range(2000):
optimizer_direct.zero_grad()
outputs = model_direct(x)
loss = nn.MSELoss()(outputs, y)
loss.backward()
optimizer_direct.step()
print("Direct: Time is {}".format(time.time() - time_start))
print("Direct: loss is {}".format(loss.item()))
# Train using the DataLoader
model_loader.train()
time_start = time.time()
model_loader = train_model(model_loader, full_batch_loader, optimizer_loader)
print("Loader: Time is {}".format(time.time() - time_start))
# Evaluate and compare
model_direct.eval()
model_loader.eval()
with torch.no_grad():
direct_preds = model_direct(x)
loader_preds = model_loader(x)
plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1)
plt.plot(x.numpy(), direct_preds.numpy(), color='r')
plt.title('Direct Training')
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1)
plt.plot(x.numpy(), loader_preds.numpy(), color='r')
plt.title('Training with DataLoader')
plt.show()
</code>
<code>import torch from torch.utils.data import DataLoader, TensorDataset import torch.nn as nn import torch.optim as optim import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import time # Set the random seed for reproducibility torch.manual_seed(0) # Generate synthetic data x = torch.linspace(-10, 10, 1000).unsqueeze(1) # x data tensor y = x**2 + torch.randn_like(x) * 10 # y data with noise class SimpleLinearModel(nn.Module): def __init__(self): super(SimpleLinearModel, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(1, 10) # First linear layer self.relu = nn.ReLU() # ReLU activation self.fc2 = nn.Linear(10, 1) # Second linear layer to map back to output def forward(self, x): x = self.relu(self.fc1(x)) x = self.fc2(x) return x def train_model(model, loader, optimizer, epochs=2000): criterion = nn.MSELoss() for epoch in range(epochs): for x_batch, y_batch in loader: optimizer.zero_grad() output = model(x_batch) loss = criterion(output, y_batch) loss.backward() optimizer.step() print("Loader: Loss is {}".format(loss.item())) return model # Model instances model_direct = SimpleLinearModel() model_loader = SimpleLinearModel() # Optimizers optimizer_direct = optim.Adam(model_direct.parameters(), lr=0.01) optimizer_loader = optim.Adam(model_loader.parameters(), lr=0.01) # DataLoader dataset = TensorDataset(x, y) full_batch_loader = DataLoader(dataset, batch_size=len(dataset), shuffle=False) # Train directly using the full dataset model_direct.train() time_start = time.time() for epoch in range(2000): optimizer_direct.zero_grad() outputs = model_direct(x) loss = nn.MSELoss()(outputs, y) loss.backward() optimizer_direct.step() print("Direct: Time is {}".format(time.time() - time_start)) print("Direct: loss is {}".format(loss.item())) # Train using the DataLoader model_loader.train() time_start = time.time() model_loader = train_model(model_loader, full_batch_loader, optimizer_loader) print("Loader: Time is {}".format(time.time() - time_start)) # Evaluate and compare model_direct.eval() model_loader.eval() with torch.no_grad(): direct_preds = model_direct(x) loader_preds = model_loader(x) plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.subplot(1, 2, 1) plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1) plt.plot(x.numpy(), direct_preds.numpy(), color='r') plt.title('Direct Training') plt.subplot(1, 2, 2) plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1) plt.plot(x.numpy(), loader_preds.numpy(), color='r') plt.title('Training with DataLoader') plt.show() </code>
import torch
from torch.utils.data import DataLoader, TensorDataset
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

import time


# Set the random seed for reproducibility
torch.manual_seed(0)

# Generate synthetic data
x = torch.linspace(-10, 10, 1000).unsqueeze(1)  # x data tensor
y = x**2 + torch.randn_like(x) * 10  # y data with noise


class SimpleLinearModel(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SimpleLinearModel, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(1, 10)  # First linear layer
        self.relu = nn.ReLU()        # ReLU activation
        self.fc2 = nn.Linear(10, 1)  # Second linear layer to map back to output

    def forward(self, x):
        x = self.relu(self.fc1(x))
        x = self.fc2(x)
        return x
    

def train_model(model, loader, optimizer, epochs=2000):
    criterion = nn.MSELoss()
    for epoch in range(epochs):
        for x_batch, y_batch in loader:
            optimizer.zero_grad()
            output = model(x_batch)
            loss = criterion(output, y_batch)
            loss.backward()
            optimizer.step()
    print("Loader: Loss is {}".format(loss.item()))
    return model


# Model instances
model_direct = SimpleLinearModel()
model_loader = SimpleLinearModel()

# Optimizers
optimizer_direct = optim.Adam(model_direct.parameters(), lr=0.01)
optimizer_loader = optim.Adam(model_loader.parameters(), lr=0.01)

# DataLoader
dataset = TensorDataset(x, y)
full_batch_loader = DataLoader(dataset, batch_size=len(dataset), shuffle=False)   

# Train directly using the full dataset
model_direct.train()
time_start = time.time()
for epoch in range(2000):
    optimizer_direct.zero_grad()
    outputs = model_direct(x)
    loss = nn.MSELoss()(outputs, y)
    loss.backward()
    optimizer_direct.step()

print("Direct: Time is {}".format(time.time() - time_start))
print("Direct: loss is {}".format(loss.item()))


# Train using the DataLoader
model_loader.train()
time_start = time.time()
model_loader = train_model(model_loader, full_batch_loader, optimizer_loader)
print("Loader: Time is {}".format(time.time() - time_start))

# Evaluate and compare
model_direct.eval()
model_loader.eval()
with torch.no_grad():
    direct_preds = model_direct(x)
    loader_preds = model_loader(x)

plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.subplot(1, 2, 1)

plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1)
plt.plot(x.numpy(), direct_preds.numpy(), color='r')
plt.title('Direct Training')
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.scatter(x.numpy(), y.numpy(), s=1)
plt.plot(x.numpy(), loader_preds.numpy(), color='r')
plt.title('Training with DataLoader')
plt.show()

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật