当考虑具有多个输出的网络时, 我们利用矢量化算法来描述整层神经元。 像单个神经元一样,层(1)接受一组输入, (2)生成相应的输出, (3)由一组可调整参数描述。 当我们使用softmax回归时,一个单层本身就是模型。 然而,即使我们随后引入了多层感知机,我们仍然可以认为该模型保留了上面所说的基本架构。
为了实现复杂的网络,我们引入块Block的概念。block可以描述单个层、由多个层组成的组件或者整个模型本身。 使用块进行抽象的好处是可以将一些块组合成更大的组件。
从编程的角度,块由class表示。任何子类都必须定义一个将其转换为输出的前向传播函数,并且必须存储任何必须的参数。最后为了计算梯度,块必须具有反向传播函数。
在构造自定义块之前,我们线回顾一下多层感知机。下面的代码生成一个网络,包括以恶搞具有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
import torch
from torch import nn
from torch.nn import functional as F
net = nn.Sequential(nn.Linear(20,256),nn.ReLU(),nn.Linear(256,10))
X = torch.rand(2,20)
net(X)
简而言之,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。 另外,到目前为止,我们一直在通过net(X)调用我们的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
每一个块必须提供的基本功能:
- 将输入数据作为前向传播函数的参数
- 通过前向传播函数来生成输出。请注意,输出的形状可能与输入的形状不同。
- 计算其输出关于输入的梯度,可以通过反向传播函数进行访问。
- 存储和访问前向传播需要的参数
- 根据需要初始化参数
在下面的代码片段中,我们从零开始编写一个块。 它包含一个多层感知机,其具有256个隐藏单元的隐藏层和一个10维输出层。
class MLP(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.hidden = nn.Linear(20, 256) # 隐藏层
self.out = nn.Linear(256, 10) # 输出层
def forward(self, X):
return self.out(F.relu(self.hidden(X)))
我们可以子类化块一创建层、整个模型或具有中等复杂度的各种组件。
顺序块
我们需要: 一种将块逐个追加到函数的参数
class MySequential(nn.Module):
def __init__(self, *args):
super().__init__()
for idx, module in enumerate(args):
self._modules[str(idx)] = module
def forward(self, X):
for block in self._modules.values():
X = block(X)
return X
前向传播函数中执行代码
Sequential类使得模型构造变得简单,允许我们组合新的架构,而不必定义自己的类->
但是顺序块并不灵活,我们需要定义自己的Block
class FixedHiddenMLP(nn.Module)
def __init__(self):
super().__init__()
self.rand_weight = torch.rand((20,20),requiers_grad=False)
self.linear = nn.Linear(20,20)
def forward(self,X):
X = self.linear(X)
X = F.relu(torch.mm(X,self.rand_weight)+1)
X = self.linear(X)
#限制:防止数值过大
while X.abs().sum()>1:
X/=2;
returm X.sum()
net = FixedHiddenMLP()
net(X)
混合搭配各种组合快
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)
Practice
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如果将
MySequential中存储块的方式更改为Python列表,会出现什么样的问题? -
实现一个块,它以两个块为参数,例如
net1和net2,并返回前向传播中两个网络的串联输出。这也被称为平行块。 -
假设我们想要连接同一网络的多个实例。实现一个函数,该函数生成同一个块的多个实例,并在此基础上构建更大的网络。