6-1 pytorch中构建模型的3种方法

可以使用以下3种方式构建模型：
1，继承nn.Module基类构建自定义模型。
2，使用nn.Sequential按层顺序构建模型。
3，继承nn.Module基类构建模型并辅助应用模型容器进行封装(nn.Sequential,nn.ModuleList,nn.ModuleDict)。
其中 第1种方式最为常见，第2种方式最简单，第3种方式最为灵活也较为复杂。
推荐使用第1种方式构建模型。

一、继承nn.Module基类构建自定义模型

以下是继承nn.Module基类构建自定义模型的一个范例。模型中的用到的层一般在__init__函数中定义，然后在forward方法中定义模型的正向传播逻辑。

from torch import nn 
class Net(nn.Module):
    
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3)
        self.pool1 = nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2)
        self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5)
        self.pool2 = nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2)
        self.dropout = nn.Dropout2d(p = 0.1)
        self.adaptive_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1))
        self.flatten = nn.Flatten()
        self.linear1 = nn.Linear(64,32)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.linear2 = nn.Linear(32,1)
        
    def forward(self,x):
        x = self.conv1(x)
        x = self.pool1(x)
        x = self.conv2(x)
        x = self.pool2(x)
        x = self.dropout(x)
        x = self.adaptive_pool(x)
        x = self.flatten(x)
        x = self.linear1(x)
        x = self.relu(x)
        y = self.linear2(x)
        return y
        
net = Net()
print(net)
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from torchkeras import summary 
summary(net,input_shape= (3,32,32));
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nn.Conv1d：普通一维卷积，常用于文本。参数个数 = 输入通道数×卷积核尺寸(如3)×卷积核个数 + 卷积核尺寸(如3）=卷积核尺寸(如3乘3)x输出通道数+输出通道数（偏置数量）
nn.Conv2d：普通二维卷积，常用于图像。参数个数 = 输入通道数×卷积核尺寸(如3乘3)×卷积核个数 + 卷积核尺寸(如3乘3)。=卷积核尺寸(如3乘3)x输入通道数x输出通道数+输出通道数（偏置数量）) 通过调整dilation参数大于1，可以变成空洞卷积，增加感受野。 通过调整groups参数不为1，可以变成分组卷积。分组卷积中每个卷积核仅对其对应的一个分组进行操作。 当groups参数数量等于输入通道数时，相当于tensorflow中的二维深度卷积层tf.keras.layers.DepthwiseConv2D。 利用分组卷积和1乘1卷积的组合操作，可以构造相当于Keras中的二维深度可分离卷积层tf.keras.layers.SeparableConv2D。

二、使用nn.Sequential按层顺序构建模型

使用nn.Sequential按层顺序构建模型无需定义forward方法。仅仅适合于简单的模型。
以下是使用nn.Sequential搭建模型的一些等价方法。

利用add_module方法

net = nn.Sequential()
net.add_module("conv1",nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3))
net.add_module("pool1",nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2))
net.add_module("conv2",nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5))
net.add_module("pool2",nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2))
net.add_module("dropout",nn.Dropout2d(p = 0.1))
net.add_module("adaptive_pool",nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1)))
net.add_module("flatten",nn.Flatten())
net.add_module("linear1",nn.Linear(64,32))
net.add_module("relu",nn.ReLU())
net.add_module("linear2",nn.Linear(32,1))
print(net)

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利用变长参数

这种方式构建时不能给每个层指定名称。

net = nn.Sequential(
    nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3),
    nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
    nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5),
    nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
    nn.Dropout2d(p = 0.1),
    nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1)),
    nn.Flatten(),
    nn.Linear(64,32),
    nn.ReLU(),
    nn.Linear(32,1)
)

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利用OrderedDict

键值对形式：键为层的名字，值为层的定义

from collections import OrderedDict

net = nn.Sequential(OrderedDict(
          [("conv1",nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3)),
            ("pool1",nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2)),
            ("conv2",nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5)),
            ("pool2",nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2)),
            ("dropout",nn.Dropout2d(p = 0.1)),
            ("adaptive_pool",nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1))),
            ("flatten",nn.Flatten()),
            ("linear1",nn.Linear(64,32)),
            ("relu",nn.ReLU()),
            ("linear2",nn.Linear(32,1))
          ])
        )
print(net)
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三、继承nn.Module基类构建模型并辅助应用模型容器进行封装

当模型的结构比较复杂时，我们可以应用模型容器(nn.Sequential,nn.ModuleList,nn.ModuleDict)对模型的部分结构进行封装。
这样做会让模型整体更加有层次感，有时候也能减少代码量。（复杂模型的时候比较常用）
注意，在下面的范例中我们每次仅仅使用一种模型容器，但实际上这些模型容器的使用是非常灵活的，可以在一个模型中任意组合任意嵌套使用。
相当于结合以上两种方式。

nn.Sequential作为模型容器

class Net(nn.Module):
    
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3),
            nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
            nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5),
            nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
            nn.Dropout2d(p = 0.1),
            nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1))
        )
        self.dense = nn.Sequential(
            nn.Flatten(),
            nn.Linear(64,32),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(32,1)
        )
    def forward(self,x):
        x = self.conv(x)
        y = self.dense(x)
        return y 
    
net = Net()
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nn.ModuleList作为模型容器

注意下面中的ModuleList不能用Python中的列表代替。（即不用省略）

class Net(nn.Module):
    
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.layers = nn.ModuleList([
            nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3),
            nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
            nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5),
            nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
            nn.Dropout2d(p = 0.1),
            nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1)),
            nn.Flatten(),
            nn.Linear(64,32),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(32,1)]
        )
    def forward(self,x):
        for layer in self.layers:
            x = layer(x)
        return x
net = Net()
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nn.ModuleDict作为模型容器

注意下面中的ModuleDict不能用Python中的字典代替。

class Net(nn.Module):
    
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.layers_dict = nn.ModuleDict({"conv1":nn.Conv2d(in_channels=3,out_channels=32,kernel_size = 3),
               "pool": nn.MaxPool2d(kernel_size = 2,stride = 2),
               "conv2":nn.Conv2d(in_channels=32,out_channels=64,kernel_size = 5),
               "dropout": nn.Dropout2d(p = 0.1),
               "adaptive":nn.AdaptiveMaxPool2d((1,1)),
               "flatten": nn.Flatten(),
               "linear1": nn.Linear(64,32),
               "relu":nn.ReLU(),
               "linear2": nn.Linear(32,1)
              })
    def forward(self,x):
        layers = ["conv1","pool","conv2","pool","dropout","adaptive",
                  "flatten","linear1","relu","linear2","sigmoid"]
        for layer in layers:
            x = self.layers_dict[layer](x) # 只找有的 sigmoid是没有的
        return x
net = Net()
print(net)
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参考：https://github.com/lyhue1991/eat_pytorch_in_20_days