上节用了Sequential类来构造模型。这里我们另外一种基于Block类的模型构造方法,它让构造模型更加灵活,也将让你能更好的理解Sequential的运行机制。
回顾:
- 序列模型生成
- 层填充
- 初始化模型参数
net = gluon.nn.Sequential() with net.name_scope(): net.add(gluon.nn.Dense(1)) net.collect_params().initialize(mx.init.Normal(sigma=1)) # 模型参数初始化选择normal分布
两点讲解:
super(MLP, self).__init__(**kwargs):调用nn.Block的__init__,提供了prefix(指定名称)和params(指定参数)两个参数。
self.name_scope():调用nn.Block的name_scope,给域内层、参数名加上前缀prefix,和TensorFlow类似
继承Block类来构造模型
- 存储参数
- 定义向前传播如何进行
- 自动求导
Block类是gluon.nn
里提供的一个模型构造类,我们可以继承它来定义我们想要的模型。例如,我们在这里构造一个同前提到的相同的多层感知机。这里定义的MLP类重载了Block类的两个函数:__init__
和forward
.
from mxnet import nd from mxnet.gluon import nn class MLP(nn.Block): # 声明带有模型参数的层,这里我们声明了两个全链接层。 def __init__(self, **kwargs): # 调用 MLP 父类 Block 的构造函数来进行必要的初始化。这样在构造实例时还可以指定 # 其他函数参数,例如下下一节将介绍的模型参数 params. super(MLP, self).__init__(**kwargs) # 隐藏层。 self.hidden = nn.Dense(256, activation='relu') # 输出层。 self.output = nn.Dense(10) # 定义模型的前向计算,即如何根据输出计算输出。 def forward(self, x): return self.output(self.hidden(x))
建立之后进行forward测试,
x = nd.random.uniform(shape=(2,20)) net = MLP() net.initialize() net(x)
其中,net(x)
会调用了MLP继承至Block的__call__
函数,这个函数将调用MLP定义的forward
函数来完成前向计算。
我们无需在这里定义反向传播函数,系统将通过自动求导,来自动生成backward
函数。
注意到我们不是将Block叫做层或者模型之类的名字,这是因为它是一个可以自由组建的部件。它的子类既可以一个层,例如Gluon提供的Dense类,也可以是一个模型,我们定义的MLP类,或者是模型的一个部分,例如ResNet的残差块。我们下面通过两个例子说明它。
Sequential:Block的容器
Sequential类继承自Block类,实质来说就是将初始化各个层的过程从__init__移到了add方法中。
当模型的前向计算就是简单串行计算模型里面各个层的时候,我们可以将模型定义变得更加简单,这个就是Sequential类的目的,它通过add
函数来添加Block子类实例,前向计算时就是将添加的实例逐一运行。下面我们实现一个跟Sequential类有相同功能的类,这样你可以看的更加清楚它的运行机制。
class MySequential(nn.Block): def __init__(self, **kwargs): super(MySequential, self).__init__(**kwargs) def add(self, block): # block 是一个 Block 子类实例,假设它有一个独一无二的名字。我们将它保存在 # Block 类的成员变量 _children 里,其类型是 OrderedDict. 当调用 # initialize 函数时,系统会自动对 _children 里面所有成员初始化。 self._children[block.name] = block def forward(self, x): # OrderedDict 保证会按照插入时的顺序遍历元素。 for block in self._children.values(): x = block(x) return
我们用MySequential类来实现MLP类:
net = MySequential() net.add(nn.Dense(256, activation='relu')) net.add(nn.Dense(10)) net.initialize() net(x)
构造复杂的模型
虽然Sequential类可以使得模型构造更加简单,不需要定义forward
函数,但直接继承Block类可以极大的拓展灵活性。下面我们构造一个稍微复杂点的网络:
- 在前向计算中使用了NDArray函数和Python的控制流:forward函数内部是自由发挥的舞台
- 多次调用同一层
class FancyMLP(nn.Block): def __init__(self, **kwargs): super(FancyMLP, self).__init__(**kwargs) # 不会被更新的随机权重。 self.rand_weight = nd.random.uniform(shape=(20, 20)) self.dense = nn.Dense(20, activation='relu') def forward(self, x): x = self.dense(x) # 使用了 nd 包下 relu 和 dot 函数。 x = nd.relu(nd.dot(x, self.rand_weight) + 1) # 重用了 dense,等价于两层网络但共享了参数。 x = self.dense(x) # 控制流,这里我们需要调用 asscalar 来返回标量进行比较。 while x.norm().asscalar() > 1: x /= 2 if x.norm().asscalar() < 0.8: x *= 10 return x.sum()
在这个FancyMLP
模型中,我们使用了常数权重rand_weight
(注意它不是模型参数)、做了矩阵乘法操作(nd.dot
)并重复使用了相同的Dense
层。测试一下:
net = FancyMLP() net.initialize() net(x)
[ 18.57195282]
<NDArray 1 @cpu(0)>
由于FancyMLP和Sequential都是Block的子类,我们可以嵌套调用他们:
class NestMLP(nn.Block): def __init__(self, **kwargs): super(NestMLP, self).__init__(**kwargs) self.net = nn.Sequential() self.net.add(nn.Dense(64, activation='relu'), nn.Dense(32, activation='relu')) self.dense = nn.Dense(16, activation='relu') def forward(self, x): return self.dense(self.net(x)) net = nn.Sequential() net.add(NestMLP(), nn.Dense(20), FancyMLP()) net.initialize() net(x)
[ 24.86621094]
<NDArray 1 @cpu(0)>