🐡层与块
2021-11-20
| 2023-8-6
0  |  阅读时长 0 分钟
type
status
date
slug
summary
tags
category
icon
password
Property
 
 
 
为了实现复杂的网络,引入了神经网络的概念。 块(block)可以描述单个层、由多个层组成的组件或整个模型本身。 使用块进行抽象的一个好处是可以将一些块组合成更大的组件, 这一过程通常是递归的,如下图所示。 通过定义代码来按需生成任意复杂度的块, 可以通过简洁的代码实现复杂的神经网络。
notion image
从编程的角度来看,块由类(class)表示。 它的任何子类都必须定义一个将其输入转换为输出的前向传播函数,并且必须存储任何必需的参数(有些块不需要参数)。
为了计算梯度,块必须具有反向传播函数。 由于自动微分提供了一些后端实现,所以在定义我们自己的块时,只需要考虑前向传播函数和必需的参数。
 
 
回顾一下多层感知机:
生成一个网络,包含一个具有256个单元和ReLU激活函数的全连接隐藏层,然后是一个具有10个隐藏单元且不带激活函数的全连接输出层。
nn.Sequential定义了一种特殊的Module,即在PyTorch中表示一个块的类,它维护了一个由Module组成的有序列表。 注意:两个全连接层都是Linear类的实例, Linear类本身就是Module的子类。
 
到目前为止,我们一直在通过net(X)调用模型来获得模型的输出,这实际上是net.__call__(X)的简写,这个前向传播函数非常简单,它将列表中的每个块连接在一起,将每个块的输出作为下一个块的输入。
 
 

自定义块

在实现自定义块之前,简要总结一下每个块必须提供的基本功能:
  1. 将输入数据作为其前向传播函数的参数
  1. 通过前向传播函数来生成输出,输出的形状可能与输入的形状不同
  1. 计算其输出关于输入的梯度,可通过其反向传播函数进行访问,通常这是自动发生的
  1. 存储和访问前向传播计算所需的参数
  1. 根据需要初始化模型参数
 
下面从零开始编写一个块,MLP类继承了表示块的类,只需要提供构造函数(__init__函数)和前向传播函数
在这个MLP实现中,两个层都是实例变量。
定制的__init__函数通过super().__init__() 调用父类的__init__函数,省去了重复编写模版代码的痛苦。 然后实例化两个全连接层,,分别为self.hiddenself.out除非我们实现一个新的运算符,否则我们不必担心反向传播函数或参数初始化,系统将自动生成这些。
 
块的一个主要优点是它的多功能性。 我们可以子类化块以创建层(如全连接层的类)、 整个模型(如上面的MLP类)或具有中等复杂度的各种组件。
 

顺序块

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,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
  1. 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”
 
下面的MySequential类提供了与默认Sequential类相同的功能。
__init__函数将每个模块逐个添加到有序字典_modules中。
 
为什么每个Module都有一个_modules属性? 为什么使用它而不是自己定义一个Python列表?
_modules的优点:在模块的参数初始化过程中,系统知道在_modules字典中查找需要初始化参数的子块。
 
MySequential的前向传播函数被调用时, 每个添加的块都按照它们被添加的顺序执行,就可以使用MySequential类重新实现多层感知机。
 
 

在前向传播函数中执行代码

Sequential类使模型构造变得简单, 允许我们组合新的架构,而不必定义自己的类。 然而,并不是所有的架构都是简单的顺序架构。 当需要更强的灵活性时,我们需要定义自己的块。 例如,我们可能希望在前向传播函数中执行Python的控制流。 此外,我们可能希望执行任意的数学运算, 而不是简单地依赖预定义的神经网络层。
到目前为止, 我们网络中的所有操作都对网络的激活值及网络的参数起作用。 然而,有时我们可能希望合并既不是上一层的结果也不是可更新参数的项, 我们称之为常数参数。 例如,我们需要一个计算函数  的层, 其中 是输入,  是参数,  是某个在优化过程中没有更新的指定常量。 因此我们实现了一个FixedHiddenMLP类,如下所示:
在这个FixedHiddenMLP模型中,我们实现了一个隐藏层, 其权重(self.rand_weight)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。 然后神经网络将这个固定层的输出通过一个全连接层。
注意,在返回输出之前,模型做了一些不寻常的事情: 它运行了一个while循环,在L1范数大于1的条件下, 将输出向量除以2,直到它满足条件为止。 最后,模型返回了X中所有项的和。
 
 
  • PyTorch
  • 环境和分布偏移参数管理
    目录