# Обучение ML в Jupyter

Настройте JupyterLab с поддержкой GPU для экспериментов в машинном обучении и обучения моделей.

{% hint style="success" %}
Все примеры можно запускать на GPU-серверах, арендуемых через [CLORE.AI Marketplace](https://clore.ai/marketplace).
{% endhint %}

## Требования к серверу

| Параметр      | Минимум    | Рекомендуется |
| ------------- | ---------- | ------------- |
| ОЗУ           | 16GB       | 32 ГБ+        |
| VRAM          | 8GB        | 16 ГБ+        |
| Сеть          | 200 Мбит/с | 500 Мбит/с+   |
| Время запуска | 2–3 минуты | -             |

{% hint style="info" %}
Сам JupyterLab лёгкий. Выбирайте GPU и ОЗУ в зависимости от требований вашей рабочей нагрузки для обучения.
{% endhint %}

## Быстрое развертывание

**Docker-образ:**

```
pytorch/pytorch:2.5.1-cuda12.4-cudnn9-runtime
```

**Порты:**

```
22/tcp
8888/http
6006/http
```

**Окружение:**

```
JUPYTER_TOKEN=your_secure_token_here
```

**Команда:**

```bash
pip install jupyterlab tensorboard && \
jupyter lab --ip=0.0.0.0 --port=8888 --allow-root --NotebookApp.token='your_secure_token_here'
```

## Доступ к вашему сервису

После развертывания найдите ваш `http_pub` URL в **Моих заказах**:

1. Перейдите на **Моих заказах** страницу
2. Нажмите на ваш заказ
3. Найдите `http_pub` URL (например, `abc123.clorecloud.net`)

Используйте `https://YOUR_HTTP_PUB_URL` вместо `localhost` в примерах ниже.

### Проверьте, что всё работает

```bash
# Проверьте доступность JupyterLab
curl https://your-http-pub.clorecloud.net/

# Доступ с токеном
# https://your-http-pub.clorecloud.net/?token=your_secure_token_here
```

{% hint style="warning" %}
Если вы получаете HTTP 502, подождите 2–3 минуты — сервис устанавливает зависимости.
{% endhint %}

## Аренда на CLORE.AI

1. Посетите [CLORE.AI Marketplace](https://clore.ai/marketplace)
2. Отфильтруйте по типу GPU, объему VRAM и цене
3. Выберите **On-Demand** (фиксированная ставка) или **Spot** (цена по ставке)
4. Настройте ваш заказ:
   * Выберите Docker-образ
   * Установите порты (TCP для SSH, HTTP для веб-интерфейсов)
   * Добавьте переменные окружения при необходимости
   * Введите команду запуска
5. Выберите способ оплаты: **CLORE**, **BTC**, или **USDT/USDC**
6. Создайте заказ и дождитесь развертывания

### Доступ к вашему серверу

* Найдите данные для подключения в **Моих заказах**
* Веб-интерфейсы: используйте URL HTTP-порта
* SSH: `ssh -p <port> root@<proxy-address>`

## Доступ к Jupyter

1. Ожидайте развертывания
2. Найдите отображение порта 8888
3. Откройте: `http://<proxy>:<port>?token=your_secure_token_here`

## Преднастроенный ML-образ

Для полной среды ML:

**Образ:**

```
jupyter/pytorch-notebook:cuda12-pytorch-2.1.0
```

Или соберите свой образ:

```dockerfile
FROM pytorch/pytorch:2.5.1-cuda12.4-cudnn9-runtime

RUN pip install --no-cache-dir \
    jupyterlab \
    numpy pandas matplotlib seaborn \
    scikit-learn \
    transformers datasets accelerate \
    tensorboard wandb \
    opencv-python pillow \
    tqdm rich

EXPOSE 8888 6006

CMD ["jupyter", "lab", "--ip=0.0.0.0", "--allow-root"]
```

## Основные библиотеки

### Установить в Jupyter

```python
!pip install transformers datasets accelerate bitsandbytes
!pip install wandb tensorboard
!pip install scikit-learn xgboost lightgbm
!pip install opencv-python albumentations
```

### Создать requirements.txt

```

# ML-фреймворки
torch>=2.1.0
torchvision
torchaudio

# NLP
transformers>=4.36.0
datasets
tokenizers
sentencepiece

# Обучение
accelerate
bitsandbytes
peft
trl

# Мониторинг
wandb
tensorboard

# Данные
numpy
pandas
matplotlib
seaborn
scikit-learn

# Computer Vision
opencv-python
pillow
albumentations
```

## Примеры обучения

### Классификация изображений на PyTorch

```python
import torch
import torch.nn as nn
import torchvision
from torchvision import transforms
from torch.utils.data import DataLoader

# Проверка GPU
print(f"GPU: {torch.cuda.get_device_name(0)}")
print(f"Память: {torch.cuda.get_device_properties(0).total_memory / 1e9:.1f} GB")

# Загрузка данных
transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize(224),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
])

train_data = torchvision.datasets.CIFAR10(
    root='./data', train=True, download=True, transform=transform
)
train_loader = DataLoader(train_data, batch_size=64, shuffle=True, num_workers=4)

# Модель
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
model.fc = nn.Linear(512, 10)
model = model.cuda()

# Обучение
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=1e-4)
criterion = nn.CrossEntropyLoss()

for epoch in range(10):
    model.train()
    for images, labels in train_loader:
        images, labels = images.cuda(), labels.cuda()

        optimizer.zero_grad()
        outputs = model(images)
        loss = criterion(outputs, labels)
        loss.backward()
        optimizer.step()

    print(f"Эпоха {epoch+1}, Loss: {loss.item():.4f}")

# Сохранить модель
torch.save(model.state_dict(), 'model.pth')
```

### Классификация текста с HuggingFace

```python
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForSequenceClassification
from transformers import TrainingArguments, Trainer
from datasets import load_dataset
import numpy as np

# Загрузить датасет
dataset = load_dataset("imdb")

# Загрузить модель
model_name = "distilbert-base-uncased"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = AutoModelForSequenceClassification.from_pretrained(model_name, num_labels=2)

# Токенизация
def tokenize(examples):
    return tokenizer(examples["text"], padding="max_length", truncation=True)

tokenized = dataset.map(tokenize, batched=True)

# Обучение
training_args = TrainingArguments(
    output_dir="./results",
    num_train_epochs=3,
    per_device_train_batch_size=16,
    per_device_eval_batch_size=64,
    warmup_steps=500,
    weight_decay=0.01,
    logging_dir="./logs",
    logging_steps=100,
    evaluation_strategy="epoch",
    save_strategy="epoch",
    load_best_model_at_end=True,
)

trainer = Trainer(
    model=model,
    args=training_args,
    train_dataset=tokenized["train"],
    eval_dataset=tokenized["test"],
)

trainer.train()
trainer.save_model("./best_model")
```

### Донастройка LLM с использованием LoRA

```python
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer, BitsAndBytesConfig
from peft import LoraConfig, get_peft_model, prepare_model_for_kbit_training
from datasets import load_dataset
from trl import SFTTrainer
import torch

# Загрузить модель с 4-битной квантизацией
bnb_config = BitsAndBytesConfig(
    load_in_4bit=True,
    bnb_4bit_quant_type="nf4",
    bnb_4bit_compute_dtype=torch.float16,
)

model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    "mistralai/Mistral-7B-v0.1",
    quantization_config=bnb_config,
    device_map="auto",
)
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("mistralai/Mistral-7B-v0.1")
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token

# Настройка LoRA
lora_config = LoraConfig(
    r=16,
    lora_alpha=32,
    target_modules=["q_proj", "v_proj"],
    lora_dropout=0.05,
    bias="none",
    task_type="CAUSAL_LM"
)

model = prepare_model_for_kbit_training(model)
model = get_peft_model(model, lora_config)

# Загрузить датасет
dataset = load_dataset("timdettmers/openassistant-guanaco")

# Обучение
trainer = SFTTrainer(
    model=model,
    train_dataset=dataset["train"],
    dataset_text_field="text",
    max_seq_length=512,
    tokenizer=tokenizer,
    args=TrainingArguments(
        output_dir="./lora_output",
        num_train_epochs=1,
        per_device_train_batch_size=4,
        gradient_accumulation_steps=4,
        learning_rate=2e-4,
        fp16=True,
        logging_steps=10,
        save_steps=100,
    ),
)

trainer.train()
trainer.save_model("./final_lora")
```

## Интеграция с TensorBoard

### Запустить TensorBoard

```python
%load_ext tensorboard
%tensorboard --logdir ./logs --port 6006 --bind_all
```

Или через терминал:

```bash
tensorboard --logdir ./logs --port 6006 --bind_all &
```

### Логирование метрик обучения

```python
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter

writer = SummaryWriter('./logs')

for epoch in range(epochs):
    # ... цикл обучения ...
    writer.add_scalar('Loss/train', train_loss, epoch)
    writer.add_scalar('Loss/val', val_loss, epoch)
    writer.add_scalar('Accuracy/val', accuracy, epoch)

writer.close()
```

## Интеграция Weights & Biases

```python
import wandb

wandb.init(project="my-project", name="experiment-1")

# Логирование метрик
wandb.log({"loss": loss, "accuracy": acc})

# Логирование модели
wandb.save("model.pth")

# Завершить
wandb.finish()
```

## Управление данными

### Загрузка датасетов

```python

# HuggingFace datasets
from datasets import load_dataset
dataset = load_dataset("squad")

# Kaggle datasets
!pip install kaggle
!kaggle datasets download -d username/dataset-name

# Прямая загрузка
!wget https://example.com/data.zip
!unzip data.zip
```

### Подключить облачное хранилище

```python

# S3
!pip install boto3
import boto3
s3 = boto3.client('s3')
s3.download_file('bucket', 'key', 'local_path')

# Google Cloud
!pip install google-cloud-storage
from google.cloud import storage
client = storage.Client()
bucket = client.bucket('my-bucket')
blob = bucket.blob('data.zip')
blob.download_to_filename('data.zip')
```

## Сохранение работы

### Сохранить во внешнее хранилище

```python

# Сохранить модель в S3
import boto3
s3 = boto3.client('s3',
    aws_access_key_id='YOUR_KEY',
    aws_secret_access_key='YOUR_SECRET'
)
s3.upload_file('model.pth', 'my-bucket', 'models/model.pth')
```

### Перед завершением сессии

```bash

# Скачать важные файлы
scp -P <port> root@<host>:/workspace/model.pth ./
scp -P <port> -r root@<host>:/workspace/results/ ./results/
```

## Обучение на нескольких GPU

```python
import torch.distributed as dist
from torch.nn.parallel import DistributedDataParallel

# Проверка GPU
print(f"Доступные GPU: {torch.cuda.device_count()}")

# DataParallel (просто)
model = nn.DataParallel(model)

# DistributedDataParallel (лучше)

# Запуск: torchrun --nproc_per_node=4 train.py
dist.init_process_group("nccl")
model = DistributedDataParallel(model)
```

## Советы по производительности

### Оптимизация памяти

```python

# Градиентный чекпоинтинг
model.gradient_checkpointing_enable()

# Смешанная точность
from torch.cuda.amp import autocast, GradScaler
scaler = GradScaler()

with autocast():
    output = model(input)
    loss = criterion(output, target)

scaler.scale(loss).backward()
scaler.step(optimizer)
scaler.update()
```

### Загрузка данных

```python

# Более быстрая загрузка данных
loader = DataLoader(
    dataset,
    batch_size=64,
    num_workers=8,      # Используйте несколько воркеров
    pin_memory=True,    # Быстрая передача на GPU
    prefetch_factor=2   # Предзагрузка батчей
)
```

## Устранение неполадок

## Оценка стоимости

Типичные ставки на маркетплейсе CLORE.AI (по состоянию на 2024):

| GPU       | Почасовая ставка | Дневная ставка | Сессия 4 часа |
| --------- | ---------------- | -------------- | ------------- |
| RTX 3060  | \~$0.03          | \~$0.70        | \~$0.12       |
| RTX 3090  | \~$0.06          | \~$1.50        | \~$0.25       |
| RTX 4090  | \~$0.10          | \~$2.30        | \~$0.40       |
| A100 40GB | \~$0.17          | \~$4.00        | \~$0.70       |
| A100 80GB | \~$0.25          | \~$6.00        | \~$1.00       |

*Цены варьируются в зависимости от провайдера и спроса. Проверьте* [*CLORE.AI Marketplace*](https://clore.ai/marketplace) *для текущих тарифов.*

**Экономьте деньги:**

* Используйте **Spot** рынок для гибких рабочих нагрузок (часто на 30–50% дешевле)
* Платите с помощью **CLORE** токенов
* Сравнивайте цены у разных провайдеров