Pytorch學習筆記07----nn.Module類與前向傳播函數forward的理解

1.nn.Module類理解

pytorch里面一切自定義操作基本上都是繼承nn.Module類來實現的

方法預覽：

class Module(object):
    def __init__(self):
    def forward(self, *input):
 
    def add_module(self, name, module):
    def cuda(self, device=None):
    def cpu(self):
    def __call__(self, *input, **kwargs):
    def parameters(self, recurse=True):
    def named_parameters(self, prefix='', recurse=True):
    def children(self):
    def named_children(self):
    def modules(self):  
    def named_modules(self, memo=None, prefix=''):
    def train(self, mode=True):
    def eval(self):
    def zero_grad(self):
    def __repr__(self):
    def __dir__(self):
'''
有一部分沒有完全列出來
'''

我們在定義自已的網絡的時候，需要繼承nn.Module類，並重新實現構造函數__init__和forward這兩個方法。但有一些注意技巧：

（1）一般把網絡中具有可學習參數的層（如全連接層、卷積層等）放在構造函數__init__()中，當然我也可以吧不具有參數的層也放在里面；

（2）一般把不具有可學習參數的層(如ReLU、dropout、BatchNormanation層)可放在構造函數中，也可不放在構造函數中，如果不放在構造函數__init__里面，則在forward方法里面可以使用nn.functional來代替
    
（3）forward方法是必須要重寫的，它是實現模型的功能，實現各個層之間的連接關系的核心。
總結：

torch.nn是專門為神經網絡設計的模塊化接口。nn構建於autograd之上，可以用來定義和運行神經網絡。
nn.Module是nn中十分重要的類,包含網絡各層的定義及forward方法。
定義自已的網絡：
　　需要繼承nn.Module類，並實現forward方法。
　　一般把網絡中具有可學習參數的層放在構造函數__init__()中，
　　不具有可學習參數的層(如ReLU)可放在構造函數中，也可不放在構造函數中(而在forward中使用nn.functional來代替)
　　只要在nn.Module的子類中定義了forward函數，backward函數就會被自動實現(利用Autograd)。
　　在forward函數中可以使用任何Variable支持的函數，畢竟在整個pytorch構建的圖中，是Variable在流動。還可以使用if,for,print,log等python語法.
注：Pytorch基於nn.Module構建的模型中，只支持mini-batch的Variable輸入方式

2.forward()函數自動調用的理解和分析

最近在使用pytorch的時候，模型訓練時，不需要使用forward，只要在實例化一個對象中傳入對應的參數就可以自動調用 forward 函數

自動調用 forward 函數原因分析：

利用Python的語言特性，y = model(x)是調用了對象model的__call__方法，而nn.Module把__call__方法實現為類對象的forward函數，所以任意繼承了nn.Module的類對象都可以這樣簡寫來調用forward函數。

案例：

 

class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
 
    layer1 = nn.Sequential()
    layer1.add_module('conv1', nn.Conv(1, 6, 3, padding=1))
    layer1.add_moudle('pool1', nn.MaxPool2d(2, 2))
    self.layer1 = layer1
 
    layer2 = nn.Sequential()
    layer2.add_module('conv2', nn.Conv(6, 16, 5))
    layer2.add_moudle('pool2', nn.MaxPool2d(2, 2))
    self.layer2 = layer2
 
    layer3 = nn.Sequential()
    layer3.add_module('fc1', nn.Linear(400, 120))
    layer3.add_moudle('fc2', nn.Linear(120, 84))
    layer3.add_moudle('fc3', nn.Linear(84, 10))
    self.layer3 = layer3
    

　　def forward(self, x):
    x = self.layer1(x)
    x = self.layer2(x)
    x = x.view(x.size(0), -1)
    x = self.layer3(x)
    return x

 

模型調用：

model = LeNet()
y = model(x)

調用forward方法的具體流程是：

執行y = model(x)時，由於LeNet類繼承了Module類，而Module這個基類中定義了__call__方法，所以會執行__call__方法，而__call__方法中調用了forward()方法

只要定義類型的時候，實現__call__函數，這個類型就成為可調用的。 換句話說，我們可以把這個類型的對象當作函數來使用

定義__call__方法的類可以當作函數調用(參見：https://www.cnblogs.com/luckyplj/p/13378008.html)

    def __call__(self, *input, **kwargs):
        for hook in self._forward_pre_hooks.values():
            result = hook(self, input)
            if result is not None:
                if not isinstance(result, tuple):
                    result = (result,)
                input = result
        if torch._C._get_tracing_state():
            result = self._slow_forward(*input, **kwargs)
        else:
            result = self.forward(*input, **kwargs) for hook in self._forward_hooks.values():
            hook_result = hook(self, input, result)
            if hook_result is not None:
                result = hook_result
        if len(self._backward_hooks) > 0:
            var = result
            while not isinstance(var, torch.Tensor):
                if isinstance(var, dict):
                    var = next((v for v in var.values() if isinstance(v, torch.Tensor)))
                else:
                    var = var[0]
            grad_fn = var.grad_fn
            if grad_fn is not None:
                for hook in self._backward_hooks.values():
                    wrapper = functools.partial(hook, self)
                    functools.update_wrapper(wrapper, hook)
                    grad_fn.register_hook(wrapper)
        return result

總結：當執行model(x)的時候，底層自動調用forward方法計算結果

參考文獻：
https://blog.csdn.net/u011501388/article/details/84062483