pytorch框架的詳細介紹與應(yīng)用

最近小阿奇在搭建模型的時候，發(fā)現(xiàn)pytorch框架十分的方便好用。所以特地整理了這個帖子，幫助自己捋一下思路打個基礎(chǔ)，也方便大家交流學(xué)習(xí)。很用心的一篇博客哦~

一.pytorch概述

1.pytorch概念

Pytorch是torch的python版本，是由Facebook開源的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，專門針對 GPU 加速的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）編程。Torch 是一個經(jīng)典的對多維矩陣數(shù)據(jù)進行操作的張量（tensor ）庫，在機器學(xué)習(xí)和其他數(shù)學(xué)密集型應(yīng)用有廣泛應(yīng)用。與Tensorflow的靜態(tài)計算圖不同，pytorch的計算圖是動態(tài)的，可以根據(jù)計算需要實時改變計算圖。

2.pytorch與tensorflow的區(qū)別

a.pytorch相對于tensorflow出現(xiàn)的較晚一些，主要是針對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)出來，這幾年發(fā)展也是十分不錯；tensorflow出現(xiàn)的較早，它的優(yōu)點是分布式計算，在面臨較大數(shù)據(jù)時相對效率較高；
b.pytorch是動態(tài)框架，tensorflow是靜態(tài)框架，主要區(qū)別就是靜態(tài)框架在構(gòu)建計算圖的時候提前構(gòu)建好，之后則無法改變，固定了計算的流程，勢必帶來了不靈活性，如果我們要改變計算的邏輯，或者隨著時間變化的計算邏輯，這樣的動態(tài)計算TensorFlow是實現(xiàn)不了的；而動態(tài)框架可以根據(jù)具體計算情況進行改變
c.tensorflow的庫相對完備齊全，而pytorch還在完善中；所以tensorflow在可視化方面十分出色；
d.pytorch對python十分友好，更加python化的框架，而tensorflow的話更加像獨立的語言和框架

3.pytorch包含的內(nèi)容

1. overview

pytorch 由低層到上層主要有三大塊功能模塊，如下圖所示

1.1 張量計算引擎(tensor computation)
Tensor 計算引擎，類似 numpy 和 matlab，基本對象是tensor(類比 numpy 中的 ndarray 或 matlab 中的 array)。除提供基于 CPU 的常用操作的實現(xiàn)外，pytorch 還提供了高效的 GPU 實現(xiàn)，這對于深度學(xué)習(xí)至關(guān)重要。

1.2 自動求導(dǎo)機制(autograd)
由于深度學(xué)習(xí)模型日趨復(fù)雜，因此，對自動求導(dǎo)的支持對于學(xué)習(xí)框架變得必不可少。pytorch 采用了動態(tài)求導(dǎo)機制，使用類似方法的框架包括： chainer，dynet。作為對比，theano，tensorflow 采用靜態(tài)自動求導(dǎo)機制。

1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高層庫(NN)
pytorch 還提供了高層的。對于常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如全連接、卷積、RNN 等。同時，pytorch 還提供了常用的、optimizer 及參數(shù)。

2. 自定義 Module

2.1 Function
Function 是 pytorch 自動求導(dǎo)機制的核心類。Function 是無參數(shù)或者說無狀態(tài)的，它只負責(zé)接收輸入，返回相應(yīng)的輸出;對于反向，它接收輸出相應(yīng)的梯度，返回輸入相應(yīng)的梯度。
2.2 Module
類似于 Function，Module 對象也是 callable ，輸入和輸出也是 Variable。不同的是，Module 是[可以]有參數(shù)的。Module 包含兩個主要部分：參數(shù)及計算邏輯(Function 調(diào)用)。由于ReLU激活函數(shù)沒有參數(shù)，這里我們以最基本的全連接層為例來說明如何自定義Module。

二.pytorch常用模塊

和數(shù)值相關(guān)的

Tensor
Variable
Parameter

Tensor:
PyTorch中的計算基本都是基于Tensor的，可以說是PyTorch中的基本計算單元。

Variable：
Tensor的一個Wrapper，其中保存了Variable的創(chuàng)造者，Variable的值（tensor），還有Variable的梯度(Variable)。自動求導(dǎo)機制的核心組件，因為它不僅保存了 變量的值，還保存了變量是由哪個op產(chǎn)生的。這在反向傳導(dǎo)的過程中是十分重要的。
Variable的前向過程的計算包括兩個部分的計算，一個是其值的計算（即，Tensor的計算），還有就是Variable標(biāo)簽的計算。標(biāo)簽指的是什么呢？如果您看過PyTorch的官方文檔 Excluding subgraphs from backward 部分的話，您就會發(fā)現(xiàn)Variable還有兩個標(biāo)簽：requires_grad和volatile。標(biāo)簽的計算指的就是這個。

Parameter:
這個類是Variable的一個子集，PyTorch給出這個類的定義是為了在Module(下面會談到)中添加模型參數(shù)方便。

模型相關(guān)的

Function
Module

Function:
如果您想在PyTorch中自定義OP的話，您需要繼承這個類，您需要在繼承的時候復(fù)寫forward和backward方法，可能還需要復(fù)寫__init__方法（由于篇幅控制，這里不再詳細贅述如果自定義OP）。您需要在forward中定義OP，在backward說明如何計算梯度。
關(guān)于Function，還需要知道的一點就是，F(xiàn)unction中forward和backward方法中進行計算的類型都是Tensor，而不是我們傳入的Variable。計算完forward和backward之后，會包裝成Varaible返回。這種設(shè)定倒是可以理解的，因為OP是一個整體嘛，OP內(nèi)部的計算不需要記錄creator

Module:
這個類和Function是有點區(qū)別的，回憶一下，我們定義Function的時候，F(xiàn)unciton本身是不需要變量的，而Module是變量和Function的結(jié)合體。在某些時候，我們更傾向稱這種結(jié)構(gòu)為Layer。但是這里既然這么叫，那就這么叫吧。

Module實際上是一個容器，我們可以繼承Module，在里面加幾個參數(shù)，從而實現(xiàn)一個簡單全連接層。我們也可以繼承Module，在里面加入其它Module，從而實現(xiàn)整個VGG結(jié)構(gòu)。

到此這篇關(guān)于pytorch框架的詳細介紹與應(yīng)用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)pytorch框架介紹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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