Pytorch神經網絡參數管理方法詳細講解
這里記錄一下pytorch神經網絡參數管理方法(參數訪問、參數初始化、參數綁定)，方便自己和需要的朋友學習、查閱。
一、參數訪問
1.1 訪問指定層的指定參數
首先構建一個多層感知機。
import torch from torch import nn net = nn.Sequential(nn.Linear(2, 4), nn.ReLU(), nn.Linear(4, 1)) X = torch.rand(size=(2, 2))
當通過nn.Sequential定義模型時， 我們可以通過索引來訪問模型的任意層。 這就像模型是一個列表一樣，每層的參數都在其屬性中。 如下所示，我們可以檢查任意一個全連接層的參數。
# 1 查看網絡第一層(即第一個全連接層)的參數 print(net[0].state_dict()) # 2 查看網絡第三層(即第二個全連接層)偏置參數的類型 print(type(net[2].bias)) # 3 查看網絡第三層(即第二個全連接層)偏置參數 print(net[2].bias) # 4 查看網絡第三層(即第二個全連接層)偏置參數的值 print(net[2].bias.data) # 5 查看網絡第一層(即第一個全連接層)權重參數 print(net[0].weight) # 6 查看網絡第二層 print(net[1])
結果分別如下所示：
# 1
OrderedDict([('weight', tensor([[ 0.0854, 0.1861],
[ 0.5421, 0.2435],
[ 0.5745, 0.2469],
[ 0.4120, -0.4345]])), ('bias', tensor([ 0.3356, 0.4215, 0.2181, -0.2548]))])
# 2
<class 'torch.nn.parameter.Parameter'>
# 3
Parameter containing:
tensor([-0.1606], requires_grad=True)
# 4
tensor([-0.1606])
# 5
Parameter containing:
tensor([[-0.4710, 0.0820],
[-0.5563, 0.0728],
[ 0.1691, 0.2211],
[ 0.4279, -0.5597]], requires_grad=True)
# 6
ReLU()可以看出，每個參數都表示為參數類的一個實例，要對參數執(zhí)行任何操作，首先需要訪問底層的數值。網絡層數從0開始，即net[0]表示網絡第一層，激活函數也是網絡中的一層。
訪問偏置使用basis屬性，訪問權重使用weight屬性。參數是復合的對象，包含值、梯度和額外信息。若只想獲取參數的值，要在basis或weight后加data屬性。除了值之外，我們還可以訪問每個參數的梯度。
print(net[2].weight.grad == None) # 結果為 True # 原因：由于還沒有調用反向傳播，所以參數的梯度處于初始狀態(tài)
1.2 訪問某一層或整個網絡的所有參數
當需要對所有參數執(zhí)行操作時，逐個訪問它們可能會很麻煩，此時我們可以通過遞歸整個樹來提取每個子塊的參數。
# 1 訪問第一層的所有參數 print(*[(name, param.shape) for name, param in net[0].named_parameters()]) # 2 訪問網絡所有層的全部參數 print(*[(name, param.shape) for name, param in net.named_parameters()])
結果如下：
# 1
('weight', torch.Size([4, 2])) ('bias', torch.Size([4]))
# 2
('0.weight', torch.Size([4, 2])) ('0.bias', torch.Size([4])) ('2.weight', torch.Size([1, 4])) ('2.bias', torch.Size([1]))
注意：激活函數沒有參數，所以打印出來的網絡的所有參數只有兩個全連接層的參數。
此外，我們還可以通過下述方式訪問網絡參數。
# 訪問第網絡第三層的偏置參數的值 print(net.state_dict()['2.bias'].data)
結果如下：
tensor([-0.1089])
如果不使用nn.Sequential定義模型，而是自己定義一個類實現網絡，則不能使用索引訪問指定層的參數。如下所示：
class mlp(nn.Module):
def __init__(self, input_size, output_size):
super().__init__()
self.linear1 = nn.Linear(input_size, 4) # 全連接層
self.relu = nn.ReLU()
self.linear2 = nn.Linear(4, output_size) # 全連接層
def forward(self, x):
x = self.linear1(x)
return self.relu(self.linear2(x))
mlp_net= mlp(2, 1)
X = torch.rand(size=(2, 2))
# 如果使用索引訪問會報錯
print(mlp_net[0].state_dict())此時會輸出如下結果：
Traceback (most recent call last):
File "E:/SoftwareLearning/Python/Code/d2l-Train/ParameterManagement.py", line 46, in <module>
print(mlp_net[0].state_dict())
TypeError: 'mlp' object is not subscriptable
但可以通過下述方式進行訪問：
# linear2為定義網絡模型時自己起的某一全連接層的名稱 print(mlp_net.state_dict()['linear2.bias'].data)
輸出結果如下：
tensor([0.3709])
1.3 訪問嵌套塊的指定參數
首先構建一個嵌套塊的網絡。
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):
# 在這里嵌套
net.add_module(f'block {i}', block1())
return net
# 實例化
rgnet = nn.Sequential(block2(), nn.Linear(4, 1))
# 查看網絡結構
print(rgnet)輸出結果如下：
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)
)
因為是分層嵌套的，所以我們也可以像通過嵌套列表索引一樣訪問它們。下面，我們訪問第一個主要的塊中第二個子塊的第一層的權重項。
print(rgnet[0][1][0].weight.data)
輸出結果如下：
tensor([[ 0.3175, 0.0233, 0.3233, -0.0627],
[-0.0835, -0.3371, -0.4527, 0.0141],
[ 0.1070, 0.3952, 0.4051, 0.3921],
[ 0.1958, -0.3643, 0.4481, -0.3448],
[ 0.0446, -0.0256, 0.1490, 0.4568],
[-0.1352, -0.2099, -0.1225, -0.0413],
[ 0.3027, 0.2114, -0.4063, -0.0288],
[-0.4594, 0.0076, -0.2671, 0.2669]])
二、參數初始化
初始化對神經網絡來說十分重要，良好的初始化能幫助模型快速收斂，對保持網絡的數值穩(wěn)定性至關重要。默認情況下，PyTorch會根據一個范圍均勻地初始化權重和偏置矩陣，這個范圍是根據輸入和輸出維度計算出的。PyTorch的nn.init模塊提供了多種預置初始化方法。
2.1 內置初始化
首先調用內置的初始化器對網絡參數進行初始化。下面的代碼將所有權重參數初始化為標準差為0.01的高斯隨機變量， 且將偏置參數設置為0。
# 將所有權重參數初始化為標準差為0.01的高斯隨機變量， 且將偏置參數設置為0
def init_normal(m):
if type(m) == nn.Linear:
# 將權重參數初始化為標準差為0.01的高斯隨機變量
nn.init.normal_(m.weight, mean=0, std=0.01)
# 將偏置參數初始化為0
nn.init.zeros_(m.bias)
net.apply(init_normal)
print(net[0].weight.data[0], '\n', net[0].bias.data[0])輸出結果如下：
tensor([-0.0142, -0.0054])
tensor(0.)
我們還可以將所有參數初始化為給定的常數，比如初始化為1。
# 將所有參數初始化為給定的常數
def init_constant(m):
if type(m) == nn.Linear:
nn.init.constant_(m.weight, 1)
nn.init.zeros_(m.bias)
net.apply(init_constant)
print(net[0].weight.data[0], net[0].bias.data[0])輸出結果如下：
tensor([1., 1.])
tensor(0.)
我們還可以對不同層應用不同的初始化方法。 例如，下面我們使用Xavier初始化方法初始化第一個神經網絡層， 然后將第三個神經網絡層初始化為常量值42。
def 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)
# 使用Xavier初始化方法初始化第一個神經網絡層， 然后將第三個神經網絡層初始化為常量值42
net[0].apply(xavier)
net[2].apply(init_42)
print(net[0].weight.data[0])
print(net[2].weight.data)輸出結果如下：
tensor([ 0.9265, -0.1521])
tensor([[42., 42., 42., 42.]])
2.2 自定義初始化
有時，深度學習框架沒有提供我們需要的初始化方法，此時就需要我們自定義初始化方法實現參數初始化。
# 自定義初始化
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) # 均勻分布
# 如果絕對值大于5則參數不變，如果絕對值小于5則將參數置0
m.weight.data *= m.weight.data.abs() >= 5
net.apply(my_init)
print(net[0].weight[:2])輸出結果如下：
Init weight torch.Size([4, 2])
Init weight torch.Size([1, 4])
tensor([[ 6.6987, -5.3545],
[ 6.6684, -6.3039]], grad_fn=<SliceBackward0>)
也可以根據需要直接對指定層的參數進行設置。
net[0].weight.data[:] += 1
net[0].weight.data[0, 0] = 42
print(net[0].weight.data[0])
輸出結果如下：
Init weight torch.Size([4, 2])
Init weight torch.Size([1, 4])
tensor([42.0000, 8.5777])
三、參數綁定
有時我們希望在多個層間共享參數，此時，我們可以定義一個全連接層，然后使用它的參數來設置另一個層的參數，實現參數共享。
shared = nn.Linear(8, 8)
net = nn.Sequential(nn.Linear(4, 8), nn.ReLU(),
shared, nn.ReLU(),
shared, nn.ReLU(),
nn.Linear(8, 1))
print(net(X))
# 檢查參數是否相同
print(net[2].weight.data[0] == net[4].weight.data[0])
net[2].weight.data[0, 0] = 100
# 確保它們實際上是同一個對象，而不只是有相同的值
print(net[2].weight.data[0] == net[4].weight.data[0])輸出結果如下：
tensor([[0.4362],
[0.4562]], grad_fn=<AddmmBackward0>)
tensor([True, True, True, True])
tensor([True, True, True, True])
這個例子表明第三個和第五個神經網絡層的參數是綁定的。它們不僅值相等，而且由相同的張量表示。因此，如果我們改變其中一個參數，另一個參數也會改變。你可能會思考：當參數綁定時，梯度會發(fā)生什么情況？ 答案是由于模型參數包含梯度，因此在反向傳播期間第二個隱藏層 （即第三個神經網絡層）和第三個隱藏層（即第五個神經網絡層）的梯度會加在一起。
四、全部測試代碼
全部測試代碼如下。
import torch
from torch import nn
class mlp(nn.Module):
def __init__(self, input_size, output_size):
super().__init__()
self.linear1 = nn.Linear(input_size, 4) # 全連接層
self.relu = nn.ReLU()
self.linear2 = nn.Linear(4, output_size) # 全連接層
def forward(self, x):
x = self.linear1(x)
return self.relu(self.linear2(x))
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):
# 在這里嵌套
net.add_module(f'block {i}', block1())
return net
net = nn.Sequential(nn.Linear(2, 4), nn.ReLU(), nn.Linear(4, 1))
X = torch.rand(size=(2, 2))
print(net(X))
# 當通過Sequential類定義模型時，可以通過索引來訪問模型的任意層。這就像模型是一個列表一樣，每層的參數都在其屬性中。
print(net[0].state_dict())
print(type(net[2].bias))
print(net[2].bias)
print(net[2].bias.data)
print(net[0].weight)
print(net[1])
print(net[2].weight.grad == None)
# 一次性訪問所有參數
print(*[(name, param.shape) for name, param in net[0].named_parameters()])
print(*[(name, param.shape) for name, param in net.named_parameters()])
# 訪問網絡參數的另一種方式
print(net.state_dict()['2.bias'].data)
# 不使用nn.Sequential定義模型
mlp_net = mlp(2, 1)
X = torch.rand(size=(2, 2))
print(mlp_net(X))
# 不能使用索引訪問某一層的參數，會報錯
# print(mlp_net[0].state_dict())
print(mlp_net.state_dict()['linear2.bias'].data)
# 從嵌套塊收集參數
rgnet = nn.Sequential(block2(), nn.Linear(4, 1))
print(rgnet)
# 訪問第一個主要的塊中、第二個子塊的第一層的權重
print(rgnet[0][1][0].weight.data)
# 參數初始化
# 將所有權重參數初始化為標準差為0.01的高斯隨機變量， 且將偏置參數設置為0
def init_normal(m):
if type(m) == nn.Linear:
nn.init.normal_(m.weight, mean=0, std=0.01)
nn.init.zeros_(m.bias)
# 將所有參數初始化為給定的常數
def init_constant(m):
if type(m) == nn.Linear:
nn.init.constant_(m.weight, 1)
nn.init.zeros_(m.bias)
net.apply(init_normal)
print(net[0].weight.data[0], '\n', net[0].bias.data[0])
net.apply(init_constant)
print(net[0].weight.data[0], '\n', net[0].bias.data[0])
def 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)
# 使用Xavier初始化方法初始化第一個神經網絡層， 然后將第三個神經網絡層初始化為常量值42
net[0].apply(xavier)
net[2].apply(init_42)
print(net[0].weight.data[0])
print(net[2].weight.data)
# 自定義初始化
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() >= 5
net.apply(my_init)
print(net[0].weight[:2])
# 也可以直接設置參數
net[0].weight.data[:] += 1
net[0].weight.data[0, 0] = 42
print(net[0].weight.data[0])
# 參數綁定
# 有時我們希望在多個層間共享參數：我們可以定義一個稠密層，然后使用它的參數來設置另一個層的參數
# 我們需要給共享層一個名稱，以便可以引用它的參數
shared = nn.Linear(4, 4)
net = nn.Sequential(nn.Linear(2, 4), nn.ReLU(),
shared, nn.ReLU(),
shared, nn.ReLU(),
nn.Linear(4, 1))
print(net(X))
# 檢查參數是否相同
print(net[2].weight.data[0] == net[4].weight.data[0])
net[2].weight.data[0, 0] = 100
# 確保它們實際上是同一個對象，而不只是有相同的值
print(net[2].weight.data[0] == net[4].weight.data[0])到此這篇關于Pytorch神經網絡參數管理方法詳細講解的文章就介紹到這了,更多相關Pytorch神經網絡參數管理內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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