pytorch学习笔记（十二）：详解 Module 类

ke1th

发布于 2018-01-02 11:17:16

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发布于 2018-01-02 11:17:16

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Module 是 pytorch 提供的一个基类，每次我们要搭建自己的神经网络的时候都要继承这个类，继承这个类会使得我们搭建网络的过程变得异常简单。

本文主要关注 Module 类的内部是怎么样的。

初始化方法中做了什么

def __init__(self):
    self._backend = thnn_backend
    self._parameters = OrderedDict()
    self._buffers = OrderedDict()
    self._backward_hooks = OrderedDict()
    self._forward_hooks = OrderedDict()
    self._forward_pre_hooks = OrderedDict()
    self._modules = OrderedDict()
    self.training = True

这是 Module 的初始化方法：

self._parameters 用来存放注册的 Parameter 对象
self._buffers 用来存放注册的 Buffer 对象。（pytorch 中 buffer 的概念就是不需要反向传导更新的值）
self._modules 用来保存注册的 Module 对象。
self.training 标志位，用来表示是不是在 training 状态下
...hooks 用来保存注册的 hook

`setattr` 与 `getattr`

__setattr__ 每次给属性赋值的时候，都会调用这个方法。

__setattr__ 的代码比较多，我们一点一点看。

remove_from ：工具函数，用来从 self.__dict__, self._buffers, self._modules 中删除对象。

第一种情况： value 的类型是 Paramter

从三大字典中将同名的对象删掉
然后，注册 paramter

第二种情况： value不是 Parameter对象， name在 self._parameter 中

self._parameters[name] = None

已经考虑了 value 是 Parameter对象，剩下的就是考虑 value 为 buffer或 Module 了

第三种情况：value不是 Parameter对象， value 为 Module 对象

从三大字典里面移除同名对象
然后直接向 self._modules 字典里添加 value

第四种情况：value不是Parameter对象， value不为 Module对象，但是 name 在 self._modules 里

self._modules[name]=None

第五种情况：value不是Parameter对象， value不为 Module对象, name 存在 self._buffers 里

self._buffers[name]=None

最后一种情况：就是普通的属性了。

def __setattr__(self, name, value):
    def remove_from(*dicts):
        for d in dicts:
            if name in d:
                del d[name]

    params = self.__dict__.get('_parameters')

    if isinstance(value, Parameter):
        if params is None:
            raise AttributeError(
                "cannot assign parameters before Module.__init__() call")
        remove_from(self.__dict__, self._buffers, self._modules)
        self.register_parameter(name, value)
    elif params is not None and name in params:
        if value is not None:
            raise TypeError("cannot assign '{}' as parameter '{}' "
                            "(torch.nn.Parameter or None expected)"
                            .format(torch.typename(value), name))
        self.register_parameter(name, value)
    else:
        modules = self.__dict__.get('_modules')
        if isinstance(value, Module):
            if modules is None:
                raise AttributeError(
                    "cannot assign module before Module.__init__() call")
            remove_from(self.__dict__, self._parameters, self._buffers)
            modules[name] = value
        elif modules is not None and name in modules:
            if value is not None:
                raise TypeError("cannot assign '{}' as child module '{}' "
                                "(torch.nn.Module or None expected)"
                                .format(torch.typename(value), name))
            modules[name] = value
        else:
            buffers = self.__dict__.get('_buffers')
            if buffers is not None and name in buffers:
                if value is not None and not torch.is_tensor(value):
                    raise TypeError("cannot assign '{}' as buffer '{}' "
                                    "(torch.Tensor or None expected)"
                                    .format(torch.typename(value), name))
                buffers[name] = value
            else:
                object.__setattr__(self, name, value)

__getattr__ : 当获取 self.__dict__ 中没有的键所对应的值的时候，就会调用这个方法因为 parameter, module, buffer 的键值对存在与 self._parameters, self._modules, self.buffer 中，所以，当想获取这些值时，就会调用这个方法。

def __getattr__(self, name):
    if '_parameters' in self.__dict__:
        _parameters = self.__dict__['_parameters']
        if name in _parameters:
            return _parameters[name]
    if '_buffers' in self.__dict__:
        _buffers = self.__dict__['_buffers']
        if name in _buffers:
            return _buffers[name]
    if '_modules' in self.__dict__:
        modules = self.__dict__['_modules']
        if name in modules:
            return modules[name]
    raise AttributeError("'{}' object has no attribute '{}'".format(
        type(self).__name__, name))

register_parameter

向模型中注册 Parameter

def register_parameter(self, name, param):
    """Adds a parameter to the module.

    The parameter can be accessed as an attribute using given name.
    """
    if '_parameters' not in self.__dict__:
        raise AttributeError(
            "cannot assign parameter before Module.__init__() call")
    if param is None:
        self._parameters[name] = None
    elif not isinstance(param, Parameter):
        raise TypeError("cannot assign '{}' object to parameter '{}' "
                        "(torch.nn.Parameter or None required)"
                        .format(torch.typename(param), name))
    elif param.grad_fn:
        raise ValueError(
            "Cannot assign non-leaf Variable to parameter '{0}'. Model "
            "parameters must be created explicitly. To express '{0}' "
            "as a function of another variable, compute the value in "
            "the forward() method.".format(name))
    else:
        self._parameters[name] = param

Module.training 标志如何影响前向过程

从nn.Dropout 来看 Module.training

class Dropout(Module):
    def __init__(self, p=0.5, inplace=False):
        super(Dropout, self).__init__()
        if p < 0 or p > 1:
            raise ValueError("dropout probability has to be between 0 and 1, "
                             "but got {}".format(p))
        self.p = p
        self.inplace = inplace

    def forward(self, input):
        return F.dropout(input, self.p, self.training, self.inplace)

可以看出，在forward 过程中，直接获取，父类的training的值。

我们通常通过 module.train() 和 module.eval() 来切换模型的训练测试阶段。

def train(self, mode=True):
    """Sets the module in training mode.
    This has any effect only on modules such as Dropout or BatchNorm.
    """
    self.training = mode

    for module in self.children():
        # 递归调用子模块 train 函数， 来设定所有 module 的 training 值。
        module.train(mode)
        return self

需要注意的是：module.eval() 仅仅设置 module 的 training 属性，如果我们想获得最快的推断速度，还需要设置输入 Variable的volatile 属性为 True。

参考资料

https://github.com/pytorch/pytorch/blob/master/torch/nn/modules/module.py

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