pytorch 层和块

文章目录

  • Sequential定义
  • 自定义块
  • 顺序块
  • 修改参数
  • 参数访问
  • 嵌套模块
  • 参数初始化
      • 内置初始化
  • 参数绑定

Sequential定义

import torch
from torch import nn
from torch.nn import functional as F
'''
建立了 
线性层 输入20,输出256
Relu函数激活,
线性层 输入256,输出10
'''
net = nn.Sequential(nn.Linear(20, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 10))X = torch.rand(2, 20) # 随机2x20的矩阵
net(X)

输出:

tensor([[ 0.0343,  0.0264,  0.2505, -0.0243,  0.0945,  0.0012, -0.0141,  0.0666,-0.0547, -0.0667],[ 0.0772, -0.0274,  0.2638, -0.0191,  0.0394, -0.0324,  0.0102,  0.0707,-0.1481, -0.1031]], grad_fn=<AddmmBackward0>)

自定义块

一般来说 都要定义__init__(self) ,forward(self)

class MLP(nn.Module):# 用模型参数声明层。这里,我们声明两个全连接的层def __init__(self):# 调用MLP的父类Module的构造函数来执行必要的初始化。# 在类实例化时也可以指定其他函数参数super().__init__()self.hidden = nn.Linear(20, 256)  # 隐藏层self.out = nn.Linear(256, 10)  # 输出层# 定义模型的前向传播,即如何根据输入X返回所需的模型输出def forward(self, X):# 注意,这里我们使用ReLU的函数版本,其在nn.functional模块中定义。return self.out(F.relu(self.hidden(X)))
X = torch.rand(2, 20) # 随机2x20的矩阵
net = MLP()
net(X)

输出:

tensor([[-0.0767, -0.1261,  0.0178, -0.1888, -0.0162,  0.1049, -0.0123, -0.0307,0.2727,  0.1201],[-0.0883, -0.0730, -0.0520, -0.0634,  0.0671,  0.1336,  0.1542,  0.1397,0.3226,  0.0552]], grad_fn=<AddmmBackward0>)

顺序块

在我们可以更仔细地看看Sequential类是如何工作的, 回想一下Sequential的设计是为了把其他模块串起来。 为了构建我们自己的简化的MySequential, 我们只需要定义两个关键函数:

1.一种将块逐个追加到列表中的函数;

2.一种前向传播函数,用于将输入按追加块的顺序传递给块组成的“链条”。

class MySequential(nn.Module):def __init__(self, *args):super().__init__()for idx, module in enumerate(args):# 这里,module是Module子类的一个实例。我们把它保存在'Module'类的成员# 变量_modules中。_module的类型是OrderedDictself._modules[str(idx)] = moduledef forward(self, X):# OrderedDict保证了按照成员添加的顺序遍历它们for block in self._modules.values():X = block(X)return XX = torch.rand(2, 20) # 随机2x20的矩阵
net = MySequential(nn.Linear(20, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 10))
net(X)

net 打印:

MySequential((0): Linear(in_features=20, out_features=256, bias=True)(1): ReLU()(2): Linear(in_features=256, out_features=10, bias=True)
)

修改参数

在实例化时被随机初始化,之后为常量。 这个权重不是一个模型参数,因此它永远不会被反向传播更新。

class FixedHiddenMLP(nn.Module):def __init__(self):super().__init__()# 不计算梯度的随机权重参数。因此其在训练期间保持不变self.rand_weight = torch.rand((20, 20), requires_grad=False)self.linear = nn.Linear(20, 20)def forward(self, X):X = self.linear(X)# 使用创建的常量参数以及relu和mm函数X = F.relu(torch.mm(X, self.rand_weight) + 1)# 复用全连接层。这相当于两个全连接层共享参数X = self.linear(X)# 控制流while X.abs().sum() > 1:X /= 2return X.sum()

我们可以混合搭配各种组合块的方法。 在下面的例子中,我们以一些想到的方法嵌套块。

class NestMLP(nn.Module):def __init__(self):super().__init__()self.net = nn.Sequential(nn.Linear(20, 64), nn.ReLU(),nn.Linear(64, 32), nn.ReLU())self.linear = nn.Linear(32, 16)def forward(self, X):return self.linear(self.net(X))chimera = nn.Sequential(NestMLP(), nn.Linear(16, 20), FixedHiddenMLP())
chimera(X)

参数访问

import torch
from torch import nnnet = nn.Sequential(nn.Linear(4, 8), nn.ReLU(), nn.Linear(8, 1))
X = torch.rand(size=(2, 4))
net(X)
print(net[2].state_dict())
print(type(net[2].bias))
print(net[2].bias)
print(net[2].bias.data)

输出:

OrderedDict([('weight', tensor([[-0.0427, -0.2939, -0.1894,  0.0220, -0.1709, -0.1522, -0.0334, -0.2263]])), ('bias', tensor([0.0887]))])
<class 'torch.nn.parameter.Parameter'>
Parameter containing:
tensor([0.0887], requires_grad=True)
tensor([0.0887])

输出所有参数:

print(*[(name, param) for name, param in net.named_parameters()])
('0.weight', Parameter containing:
tensor([[ 0.2156, -0.1582, -0.4152, -0.4124],[-0.3057, -0.0712,  0.2484, -0.0808],[ 0.4292, -0.0130,  0.1097, -0.1697],[-0.2695,  0.2108,  0.3350,  0.0914],[ 0.2786, -0.0008, -0.3743, -0.3082],[-0.3755,  0.4429,  0.3567,  0.2137],[-0.3836,  0.2969,  0.2394, -0.3319],[-0.3851, -0.2058,  0.0997, -0.3783]], requires_grad=True)) ('0.bias', Parameter containing:
tensor([ 0.4810, -0.4647, -0.1412,  0.3183,  0.0421,  0.2163,  0.0356, -0.2285],requires_grad=True)) ('2.weight', Parameter containing:
tensor([[ 0.2494,  0.2436, -0.1594,  0.1958, -0.1519, -0.0336,  0.1183, -0.0206]],requires_grad=True)) ('2.bias', Parameter containing:
tensor([0.1788], requires_grad=True))

嵌套模块

def block1():return nn.Sequential(nn.Linear(4, 8), nn.ReLU(),nn.Linear(8, 4), nn.ReLU())def block2():net = nn.Sequential()for i in range(4):# 在这里嵌套net.add_module(f'block {i}', block1())return netrgnet = nn.Sequential(block2(), nn.Linear(4, 1))
print(rgnet)
Sequential((0): Sequential((block 0): Sequential((0): Linear(in_features=4, out_features=8, bias=True)(1): ReLU()(2): Linear(in_features=8, out_features=4, bias=True)(3): ReLU())(block 1): Sequential((0): Linear(in_features=4, out_features=8, bias=True)(1): ReLU()(2): Linear(in_features=8, out_features=4, bias=True)(3): ReLU())(block 2): Sequential((0): Linear(in_features=4, out_features=8, bias=True)(1): ReLU()(2): Linear(in_features=8, out_features=4, bias=True)(3): ReLU())(block 3): Sequential((0): Linear(in_features=4, out_features=8, bias=True)(1): ReLU()(2): Linear(in_features=8, out_features=4, bias=True)(3): ReLU()))(1): Linear(in_features=4, out_features=1, bias=True)
)

参数初始化

默认情况下,PyTorch会根据一个范围均匀地初始化权重和偏置矩阵, 这个范围是根据输入和输出维度计算出的。 PyTorch的nn.init模块提供了多种预置初始化方法。

内置初始化

将每个nn.Linear层的参数进行设置。

def init_normal(m):if type(m) == nn.Linear:nn.init.normal_(m.weight, mean=0, std=0.01)# nn.init.constant_(m.weight, 1) nn.init.zeros_(m.bias)
net.apply(init_normal)
net[0].weight.data[0], net[0].bias.data[0]

下面我们使用Xavier初始化方法初始化第一个神经网络层, 然后将第三个神经网络层初始化为常量值42。

def init_xavier(m):if type(m) == nn.Linear:nn.init.xavier_uniform_(m.weight)
def init_42(m):if type(m) == nn.Linear:nn.init.constant_(m.weight, 42)net[0].apply(init_xavier)
net[2].apply(init_42)
print(net[0].weight.data[0])
print(net[2].weight.data)

参数绑定

tensor([ 0.5236,  0.0516, -0.3236,  0.3794])
tensor([[42., 42., 42., 42., 42., 42., 42., 42.]])

定义一个shared 层 ,只要改变了其中一个其他的也要改变。

def my_init(m):if type(m) == nn.Linear:print("Init", *[(name, param.shape)for name, param in m.named_parameters()][0])nn.init.uniform_(m.weight, -10, 10)m.weight.data *= m.weight.data.abs() >= 5net.apply(my_init)
net[0].weight[:2]

也可以以来就自带参数

class MyLinear(nn.Module):def __init__(self, in_units, units):super().__init__()self.weight = nn.Parameter(torch.randn(in_units, units))self.bias = nn.Parameter(torch.randn(units,))def forward(self, X):linear = torch.matmul(X, self.weight.data) + self.bias.datareturn F.relu(linear)linear = MyLinear(5, 3)
linear.weight
Parameter containing:
tensor([[ 0.1775, -1.4539,  0.3972],[-0.1339,  0.5273,  1.3041],[-0.3327, -0.2337, -0.6334],[ 1.2076, -0.3937,  0.6851],[-0.4716,  0.0894, -0.9195]], requires_grad=True)

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