【PyTorch】基础学习：一文详细介绍 load_state_dict() 的用法和应用

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📚一、初识 load_state_dict()

  在深度学习中，模型的训练是一个长期且资源消耗巨大的过程。为了能够在不同环境或时间点之间方便地共享和复用模型，我们通常需要将模型的状态保存下来。而load_state_dict()函数就是PyTorch中用于加载模型状态字典的重要工具。

  load_state_dict()函数的作用是将之前保存的模型参数加载到当前模型的实例中，从而恢复模型的训练状态。这对于模型的部署、迁移学习以及持续训练等场景都至关重要。

• 下面是一个简单的示例，演示了如何使用load_state_dict()加载模型参数：

  import torch
  import torch.nn as nn# 定义一个简单的神经网络模型
  class SimpleModel(nn.Module):def __init__(self):super(SimpleModel, self).__init__()self.fc = nn.Linear(10, 2)def forward(self, x):return self.fc(x)# 实例化模型
  model = SimpleModel()# 假设我们已经有了一个保存了模型参数的state_dict
  state_dict = {'fc.weight': torch.randn(2, 10),'fc.bias': torch.randn(2)
  }# 使用load_state_dict()加载模型参数
  model.load_state_dict(state_dict)# 现在，model的fc层的权重和偏置已经被更新为state_dict中的值
  

💾二、深入了解 load_state_dict() 的工作原理

  load_state_dict()函数的工作原理相对简单。它接受一个字典作为输入，该字典的键是模型参数的名称（通常是模型层名称和参数类型的组合），值是对应的参数张量。函数会遍历这个字典，并将每个参数张量加载到模型中对应的位置。

  需要注意的是，load_state_dict()要求输入的字典中的键必须与模型当前状态字典中的键完全匹配。如果键不匹配，函数会抛出异常。因此，在加载模型参数之前，我们需要确保模型的结构与保存参数时的结构一致。

  此外，load_state_dict()只会加载模型的参数，而不会加载模型的结构。因此，在加载参数之前，我们需要先创建一个与保存参数时相同的模型结构。

🚀三、load_state_dict() 的实战应用

  在实际应用中，我们通常会使用torch.save()函数将模型的状态字典保存到磁盘上，然后再使用load_state_dict()函数将其加载回来。

• 下面是一个完整的示例，演示了如何保存和加载模型参数：

  # 保存模型参数
  torch.save(model.state_dict(), 'model_params.pth')# 在另一个脚本或环境中加载模型参数
  # 首先，我们需要创建一个与保存参数时相同的模型结构
  loaded_model = SimpleModel()# 然后，使用load_state_dict()加载模型参数
  params_dict = torch.load('model_params.pth')
  loaded_model.load_state_dict(params_dict)# 现在，loaded_model已经具备了与原始模型相同的参数，可以进行推理或继续训练等操作
  

• 由于load_state_dict()通常与torch.load()和torch.save()搭配使用，博主特地为您准备了系列博客文章，以帮助您深入了解它们的用法和应用：

  • 如果您对torch.save()的用法和应用感到好奇，请点击阅读《【PyTorch】基础学习：一文详细介绍 torch.save() 的用法和应用》，文中将为您详细解读其基本概念和常见使用场景。

  • 若想进一步探索torch.load()的用法和应用，请点击阅读《【PyTorch】基础学习：一文详细介绍 torch.load() 的用法和应用》，带您领略其加载模型与数据的强大功能。

  • 最后，如果您对torch.save()的具体应用场景及实战代码感兴趣，请点击阅读《【PyTorch】进阶学习：一文详细介绍 torch.save() 的应用场景、实战代码示例》，通过实战案例助您更好地掌握其应用技巧。

🔄四、load_state_dict() 在模型迁移学习中的应用

  迁移学习是一种利用已有模型的知识来加速新模型训练的技术。在迁移学习中，我们通常会使用预训练模型作为起点，并在其基础上进行微调以适应新的任务。load_state_dict()函数在迁移学习中发挥着重要作用。

  通过加载预训练模型的参数，我们可以快速获得一个具有良好初始化的模型，从而加速新模型的训练过程。同时，我们还可以选择性地冻结部分层的参数，只对新添加的层或特定层进行训练，以进一步减少计算量和过拟合的风险。

• 下面是一个简单的示例，演示了如何使用load_state_dict()进行迁移学习：

  # 加载预训练模型的参数
  pretrained_model = torch.load('pretrained_model.pth')# 创建一个新的模型，其结构与预训练模型相同（或在其基础上进行微调）
  new_model = SimpleModel()# 加载预训练模型的参数到新模型中
  new_model.load_state_dict(pretrained_model)# 冻结部分层的参数（可选）
  for param in new_model.fc.parameters():param.requires_grad = False# 现在，我们可以使用new_model进行迁移学习，只需对新添加的层或特定层进行训练。# 例如，我们假设在new_model上添加了一个新的全连接层以适应新的任务：
  new_fc = nn.Linear(2, 3)  # 假设新的任务有3个输出类别
  new_model.add_module('new_fc', new_fc)# 只有新添加的层需要训练，因此我们需要设置其requires_grad为True
  for param in new_model.new_fc.parameters():param.requires_grad = True# 接下来，我们可以使用优化器和损失函数来训练new_model中的新添加层
  optimizer = torch.optim.SGD(filter(lambda p: p.requires_grad, new_model.parameters()), lr=0.001)
  criterion = nn.CrossEntropyLoss()# 训练过程...
  # 这里通常会包含多个epoch的迭代，每个epoch中包含前向传播、计算损失、反向传播和参数更新的步骤
  # ...# 通过这种方式，我们可以利用预训练模型的知识来加速新模型的训练，并提高新模型在新任务上的性能。
  

🛠️五、注意事项与常见问题

  在使用load_state_dict()时，有几个注意事项和常见问题需要注意：

1. 模型结构一致性：如前所述，加载的模型参数必须与当前模型的结构完全匹配。如果结构不一致，会导致加载失败。

2. 设备兼容性：保存的模型参数通常包含设备信息（如CPU或GPU）。在加载模型时，需要确保目标设备与保存模型时的设备兼容。如果需要跨设备加载，可以使用.to(device)方法将模型移动到目标设备上。

3. 优化器状态：load_state_dict()只加载模型的参数，不会加载优化器的状态。如果需要继续之前的训练过程，需要单独保存和加载优化器的状态。

4. 版本兼容性：不同版本的PyTorch可能在模型保存和加载方面存在细微差异。因此，建议在使用load_state_dict()时保持PyTorch版本的一致性。

📚六、进阶技巧与扩展应用

  除了基本的用法之外，load_state_dict()还有一些进阶技巧和扩展应用：

1. 部分加载：虽然load_state_dict()要求完全匹配键，但你可以通过只选择性地加载部分参数来实现部分加载。这可以通过从状态字典中筛选出需要的键来实现。

2. 模型融合：在某些情况下，你可能希望将多个模型的参数进行融合。通过操作状态字典，可以实现参数的加权平均或其他融合策略。

3. 自定义层与参数：对于包含自定义层或参数的模型，需要确保这些层或参数能够被正确地序列化和反序列化。这可能需要实现自定义的序列化和反序列化逻辑。

🌈七、总结与展望

  load_state_dict()是PyTorch中用于加载模型参数的重要函数，它使得模型的复用和迁移学习变得更加便捷。通过深入理解其工作原理和注意事项，我们可以更好地利用这个函数来加速模型的训练和部署过程。

  未来，随着深度学习技术的不断发展，我们期待看到更多关于模型参数加载和迁移学习的研究和应用。同时，随着PyTorch等深度学习框架的不断完善，我们也相信会有更多高效、灵活的工具出现，帮助我们更好地管理和利用模型参数。

  在结束这篇博客之前，我想再次强调学习和掌握load_state_dict()的重要性。无论你是深度学习的新手还是经验丰富的开发者，掌握这个函数都将为你的工作带来极大的便利和效益。希望本文能够对你有所启发和帮助，让我们一起在深度学习的道路上不断进步！

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【PyTorch】进阶学习：一文详细介绍 torch.save() 的应用场景、实战代码示例	https://blog.csdn.net/qq_41813454/article/details/136778437?spm=1001.2014.3001.5501
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