PyTorch 模型构造

记录几种模型构造的方法：

继承Module类来构造模型

Module是所有神经网络模块的基类，通过继承它来得到我们需要的模型，通常我们需要重载Module类的__init__函数和forward函数。

实例

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Model, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 20, 5)
        self.conv2 = nn.Conv2d(20, 20, 5)

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.conv1(x))
        return F.relu(self.conv2(x))

利用Module的子类

在Pytorch中实现了继承自Module的可以方便构造模型的类，有Sequential、ModuleList、ModuleDict等

• 使用Sequential

  当模型的前向计算为简单串联各个层的计算时，Sequential类可以通过更加简单的方式定义模型。这正是Sequential类的目的：它可以接收一个子模块的有序字典（OrderedDict）或者一系列子模块作为参数来逐一添加Module的实例，而模型的前向计算就是将这些实例按添加的顺序逐一计算。

  这里实现一个与Sequential具有相似功能的MySequential类

  class MySequential(nn.Module):
  from collections import OrderedDict
  def __init__(self, *args):
      super(MySequential, self).__init__()
      if len(args) == 1 and isinstance(args[0], OrderedDict): # 如果传入的是一个OrderedDict
          for key, module in args[0].items():
              self.add_module(key, module)  # add_module方法会将module添加进self._modules(一个OrderedDict)
      else:  # 传入的是一些Module
          for idx, module in enumerate(args):
              self.add_module(str(idx), module)
  def forward(self, input):
      # self._modules返回一个 OrderedDict，保证会按照成员添加时的顺序遍历成员
      for module in self._modules.values():
          input = module(input)
      return input
  
  

• 使用ModuleList

  将子模块放在一个列表(list)之中
  ModuleList可以像常规的Python list一样执行append()、extend()操作，有一些区别在于ModuleList中的所有模块的参数会被自动地添加到整个网络之中

  实例

  net = nn.ModuleList([nn.Linear(784, 256), nn.ReLU()])
  net.append(nn.Linear(256, 10)) # # 类似List的append操作
  print(net[-1])  # 类似List的索引访问
  print(net)
  

  虽然Sequential和ModuleList都可以列表化构造网络，但二者存在区别：ModuleList仅仅是一个储存各种模块的列表，这些模块之间没有联系也没有顺序（所以不用保证相邻层的输入输出维度 匹配），而且没有实现forward功能(需要自己实现)。Sequential内的模块需要按照顺序排列，要保证相邻层的输入输出大小相匹配，内部forward功能已经实现。

  ModuleList的出现可以让网络定义前向传播时更加灵活：

  class MyModule(nn.Module):
  def __init__(self):
      super(MyModule, self).__init__()
      self.linears = nn.ModuleList([nn.Linear(10, 10) for i in range(10)])
  
  def forward(self, x):
      # ModuleList can act as an iterable, or be indexed using ints
      for i, l in enumerate(self.linears):
          x = self.linears[i // 2](x) + l(x)
      return x
  

• 使用ModuleDict
ModuleDict接收一个子模块的字典作为输入, 然后也可以类似字典那样进行添加访问操作:

  net = nn.ModuleDict({
  'linear': nn.Linear(784, 256),
  'act': nn.ReLU(),
  })
  net['output'] = nn.Linear(256, 10) # 添加
  print(net['linear']) # 访问
  print(net.output)
  print(net)
  # net(torch.zeros(1, 784)) # 会报NotImplementedError
  

  和ModuleList一样，使用ModuleDict时同样需要自己定义forward

参考：

1. 动手学深度学习PyTorch版
2. PyTorch官方文档