pytorch 中的重要模块化接口nn.Module的使用

脚本专栏 2024/11/8 佚名

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torch.nn 是专门为神经网络设计的模块化接口，nn构建于autgrad之上，可以用来定义和运行神经网络
nn.Module 是nn中重要的类，包含网络各层的定义，以及forward方法

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初始化部分：

def __init__(self):
  self._backend = thnn_backend
  self._parameters = OrderedDict()
  self._buffers = OrderedDict()
  self._backward_hooks = OrderedDict()
  self._forward_hooks = OrderedDict()
  self._forward_pre_hooks = OrderedDict()
  self._state_dict_hooks = OrderedDict()
  self._load_state_dict_pre_hooks = OrderedDict()
  self._modules = OrderedDict()
  self.training = True

属性解释：

_parameters：字典，保存用户直接设置的 Parameter
_modules：子 module，即子类构造函数中的内容
_buffers：缓存
_backward_hooks与_forward_hooks：钩子技术，用来提取中间变量
training：判断值来决定前向传播策略

方法定义：

def forward(self, *input):
 raise NotImplementedError

没有实际内容，用于被子类的 forward() 方法覆盖

且 forward 方法在 __call__ 方法中被调用：

def __call__(self, *input, **kwargs):
 for hook in self._forward_pre_hooks.values():
    hook(self, input)
  if torch._C._get_tracing_state():
    result = self._slow_forward(*input, **kwargs)
  else:
    result = self.forward(*input, **kwargs)
  ...
  ...

对于自己定义的网络，需要注意以下几点：

1）需要继承nn.Module类，并实现forward方法，只要在nn.Module的子类中定义forward方法，backward函数就会被自动实现（利用autograd机制）
2）一般把网络中可学习参数的层放在构造函数中__init__()，没有可学习参数的层如Relu层可以放在构造函数中，也可以不放在构造函数中（在forward函数中使用nn.Functional）
3）在forward中可以使用任何Variable支持的函数，在整个pytorch构建的图中，是Variable在流动，也可以使用for，print，log等
4）基于nn.Module构建的模型中，只支持mini-batch的Variable的输入方式，如，N*C*H*W

代码示例：

class LeNet(nn.Module):
  def __init__(self):
    # nn.Module的子类函数必须在构造函数中执行父类的构造函数
    super(LeNet, self).__init__() # 等价与nn.Module.__init__()

    # nn.Conv2d返回的是一个Conv2d class的一个对象，该类中包含forward函数的实现
    # 当调用self.conv1(input)的时候，就会调用该类的forward函数
    self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, (5, 5)) # output (N, C_{out}, H_{out}, W_{out})`
    self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, (5, 5))
    self.fc1 = nn.Linear(256, 120)
    self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
    self.fc3 = nn.Linear(84, 10)

  def forward(self, x):
    # F.max_pool2d的返回值是一个Variable， input:(10,1,28,28) ouput:(10, 6, 12, 12)
    x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv1(x)), (2, 2))
    # input:(10, 6, 12, 12)  output:(10,6,4,4)
    x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv2(x)), (2, 2))
    # 固定样本个数，将其他维度的数据平铺，无论你是几通道，最终都会变成参数， output:(10, 256)
    x = x.view(x.size()[0], -1)
    # 全连接
    x = F.relu(self.fc1(x))
    x = F.relu(self.fc2(x))
    x = F.relu(self.fc3(x))

    # 返回值也是一个Variable对象
    return x


def output_name_and_params(net):
  for name, parameters in net.named_parameters():
    print('name: {}, param: {}'.format(name, parameters))


if __name__ == '__main__':
  net = LeNet()
  print('net: {}'.format(net))
  params = net.parameters() # generator object
  print('params: {}'.format(params))
  output_name_and_params(net)

  input_image = torch.FloatTensor(10, 1, 28, 28)

  # 和tensorflow不一样，pytorch中模型的输入是一个Variable，而且是Variable在图中流动，不是Tensor。
  # 这可以从forward中每一步的执行结果可以看出
  input_image = Variable(input_image)

  output = net(input_image)
  print('output: {}'.format(output))
  print('output.size: {}'.format(output.size()))

pytorch,nn.Module