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pytorch hook 鉤子函數(shù)的用法

更新時間：2022年03月23日 09:54:42 作者：ctrl A_ctrl C_ctrl V

這篇文章主要介紹了pytorch hook 鉤子函數(shù)的用法，Hook 是 PyTorch 中一個十分有用的特性，使用后可以不必改變網(wǎng)絡(luò)輸入輸出的結(jié)構(gòu)，方便地獲取、改變網(wǎng)絡(luò)中間層變量的值和梯度，下文詳細(xì)介紹需要的小伙伴可以參考一下

鉤子編程（hooking），也稱作“掛鉤”，是計算機(jī)程序設(shè)計術(shù)語，指通過攔截軟件模塊間的函數(shù)調(diào)用、消息傳遞、事件傳遞來修改或擴(kuò)展操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或其他軟件組件的行為的各種技術(shù)。處理被攔截的函數(shù)調(diào)用、事件、消息的代碼，被稱為鉤子（hook）。

Hook 是 PyTorch 中一個十分有用的特性。利用它，我們可以不必改變網(wǎng)絡(luò)輸入輸出的結(jié)構(gòu)，方便地獲取、改變網(wǎng)絡(luò)中間層變量的值和梯度。這個功能被廣泛用于可視化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中間層的 feature、gradient，從而診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的問題，分析網(wǎng)絡(luò)有效性。

本文主要用 hook 函數(shù)輸出網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行過程中 forward 和 backward 的執(zhí)行順序，以此找到了bug所在。

用法如下：

# 設(shè)置hook func
def hook_func(name, module):
? ? def hook_function(module, inputs, outputs):
? ? ? ? # 請依據(jù)使用場景自定義函數(shù)
? ? ? ? print(name+' inputs', inputs)
? ? ? ? print(name+' outputs', outputs)
? ? return hook_function

# 注冊正反向hook
for name, module in model.named_modules():
? ? module.register_forward_hook(hook_func('[forward]: '+name, module))
? ? module.register_backward_hook(hook_func('[backward]: '+name, module))

如一個簡單的 MNIST 手寫數(shù)字識別的模型結(jié)構(gòu)如下：

class Net(nn.Module):
? ? def __init__(self):
? ? ? ? super(Net, self).__init__()
? ? ? ? self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, 3, 1)
? ? ? ? self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, 1)
? ? ? ? self.dropout1 = nn.Dropout(0.25)
? ? ? ? self.dropout2 = nn.Dropout(0.5)
? ? ? ? self.fc1 = nn.Linear(9216, 128)
? ? ? ? self.fc2 = nn.Linear(128, 10)

? ? def forward(self, x):
? ? ? ? x = self.conv1(x)
? ? ? ? x = F.relu(x)
? ? ? ? x = self.conv2(x)
? ? ? ? x = F.relu(x)
? ? ? ? x = F.max_pool2d(x, 2)
? ? ? ? x = self.dropout1(x)
? ? ? ? x = torch.flatten(x, 1)
? ? ? ? x = self.fc1(x)
? ? ? ? x = F.relu(x)
? ? ? ? x = self.dropout2(x)
? ? ? ? x = self.fc2(x)
? ? ? ? output = F.log_softmax(x, dim=1)
? ? ? ? return output

打印模型：

Net(
? (conv1): Conv2d(1, 32, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1))
? (conv2): Conv2d(32, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1))
? (dropout1): Dropout(p=0.25, inplace=False)
? (dropout2): Dropout(p=0.5, inplace=False)
? (fc1): Linear(in_features=9216, out_features=128, bias=True)
? (fc2): Linear(in_features=128, out_features=10, bias=True)
)

構(gòu)建hook函數(shù)：

# 設(shè)置hook func
def hook_func(name, module):
? ? def hook_function(module, inputs, outputs):
? ? ? ? with open("log_model.txt", 'a+') as f:
? ? ? ? ? ? # 請依據(jù)使用場景自定義函數(shù)
? ? ? ? ? ? f.write(name + ' ? len(inputs): ' + str(len(inputs)) + '\n')
? ? ? ? ? ? f.write(name + ' ? len(outputs): ?' + str(len(outputs)) + '\n')
? ? return hook_function

# 注冊正反向hook
for name, module in model.named_modules():
? ? module.register_forward_hook(hook_func('[forward]: '+name, module))
? ? module.register_backward_hook(hook_func('[backward]: '+name, module))

輸出的前向和反向傳播過程：

[forward]: conv1 len(inputs): 1
[forward]: conv1 len(outputs): 8
[forward]: conv2 len(inputs): 1
[forward]: conv2 len(outputs): 8
[forward]: dropout1 len(inputs): 1
[forward]: dropout1 len(outputs): 8
[forward]: fc1 len(inputs): 1
[forward]: fc1 len(outputs): 8
[forward]: dropout2 len(inputs): 1
[forward]: dropout2 len(outputs): 8
[forward]: fc2 len(inputs): 1
[forward]: fc2 len(outputs): 8
[forward]: len(inputs): 1
[forward]: len(outputs): 8
[backward]: len(inputs): 2
[backward]: len(outputs): 1
[backward]: fc2 len(inputs): 3
[backward]: fc2 len(outputs): 1
[backward]: dropout2 len(inputs): 1
[backward]: dropout2 len(outputs): 1
[backward]: fc1 len(inputs): 3
[backward]: fc1 len(outputs): 1
[backward]: dropout1 len(inputs): 1
[backward]: dropout1 len(outputs): 1
[backward]: conv2 len(inputs): 2
[backward]: conv2 len(outputs): 1
[backward]: conv1 len(inputs): 2
[backward]: conv1 len(outputs): 1