Pytorch学习笔记07----nn.Module类与前向传播函数forward的理解

1.nn.Module类理解

pytorch里面一切自定义操作基本上都是继承nn.Module类来实现的

方法预览：

class Module(object):
    def __init__(self):
    def forward(self, *input):
 
    def add_module(self, name, module):
    def cuda(self, device=None):
    def cpu(self):
    def __call__(self, *input, **kwargs):
    def parameters(self, recurse=True):
    def named_parameters(self, prefix='', recurse=True):
    def children(self):
    def named_children(self):
    def modules(self):  
    def named_modules(self, memo=None, prefix=''):
    def train(self, mode=True):
    def eval(self):
    def zero_grad(self):
    def __repr__(self):
    def __dir__(self):
'''
有一部分没有完全列出来
'''

我们在定义自已的网络的时候，需要继承nn.Module类，并重新实现构造函数__init__和forward这两个方法。但有一些注意技巧：

（1）一般把网络中具有可学习参数的层（如全连接层、卷积层等）放在构造函数__init__()中，当然我也可以吧不具有参数的层也放在里面；

（2）一般把不具有可学习参数的层(如ReLU、dropout、BatchNormanation层)可放在构造函数中，也可不放在构造函数中，如果不放在构造函数__init__里面，则在forward方法里面可以使用nn.functional来代替
    
（3）forward方法是必须要重写的，它是实现模型的功能，实现各个层之间的连接关系的核心。
总结：

torch.nn是专门为神经网络设计的模块化接口。nn构建于autograd之上，可以用来定义和运行神经网络。
nn.Module是nn中十分重要的类,包含网络各层的定义及forward方法。
定义自已的网络：
　　需要继承nn.Module类，并实现forward方法。
　　一般把网络中具有可学习参数的层放在构造函数__init__()中，
　　不具有可学习参数的层(如ReLU)可放在构造函数中，也可不放在构造函数中(而在forward中使用nn.functional来代替)
　　只要在nn.Module的子类中定义了forward函数，backward函数就会被自动实现(利用Autograd)。
　　在forward函数中可以使用任何Variable支持的函数，毕竟在整个pytorch构建的图中，是Variable在流动。还可以使用if,for,print,log等python语法.
注：Pytorch基于nn.Module构建的模型中，只支持mini-batch的Variable输入方式

2.forward()函数自动调用的理解和分析

最近在使用pytorch的时候，模型训练时，不需要使用forward，只要在实例化一个对象中传入对应的参数就可以自动调用 forward 函数

自动调用 forward 函数原因分析：

利用Python的语言特性，y = model(x)是调用了对象model的__call__方法，而nn.Module把__call__方法实现为类对象的forward函数，所以任意继承了nn.Module的类对象都可以这样简写来调用forward函数。

案例：

class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LeNet, self).__init__()
 
    layer1 = nn.Sequential()
    layer1.add_module('conv1', nn.Conv(1, 6, 3, padding=1))
    layer1.add_moudle('pool1', nn.MaxPool2d(2, 2))
    self.layer1 = layer1
 
    layer2 = nn.Sequential()
    layer2.add_module('conv2', nn.Conv(6, 16, 5))
    layer2.add_moudle('pool2', nn.MaxPool2d(2, 2))
    self.layer2 = layer2
 
    layer3 = nn.Sequential()
    layer3.add_module('fc1', nn.Linear(400, 120))
    layer3.add_moudle('fc2', nn.Linear(120, 84))
    layer3.add_moudle('fc3', nn.Linear(84, 10))
    self.layer3 = layer3
    

　　def forward(self, x):
    x = self.layer1(x)
    x = self.layer2(x)
    x = x.view(x.size(0), -1)
    x = self.layer3(x)
    return x

模型调用：

model = LeNet()
y = model(x)

调用forward方法的具体流程是：

执行y = model(x)时，由于LeNet类继承了Module类，而Module这个基类中定义了__call__方法，所以会执行__call__方法，而__call__方法中调用了forward()方法

只要定义类型的时候，实现__call__函数，这个类型就成为可调用的。 换句话说，我们可以把这个类型的对象当作函数来使用

定义__call__方法的类可以当作函数调用(参见：https://www.cnblogs.com/luckyplj/p/13378008.html)

    def __call__(self, *input, **kwargs):
        for hook in self._forward_pre_hooks.values():
            result = hook(self, input)
            if result is not None:
                if not isinstance(result, tuple):
                    result = (result,)
                input = result
        if torch._C._get_tracing_state():
            result = self._slow_forward(*input, **kwargs)
        else:
            result = self.forward(*input, **kwargs)
        for hook in self._forward_hooks.values():
            hook_result = hook(self, input, result)
            if hook_result is not None:
                result = hook_result
        if len(self._backward_hooks) > 0:
            var = result
            while not isinstance(var, torch.Tensor):
                if isinstance(var, dict):
                    var = next((v for v in var.values() if isinstance(v, torch.Tensor)))
                else:
                    var = var[0]
            grad_fn = var.grad_fn
            if grad_fn is not None:
                for hook in self._backward_hooks.values():
                    wrapper = functools.partial(hook, self)
                    functools.update_wrapper(wrapper, hook)
                    grad_fn.register_hook(wrapper)
        return result

总结：当执行model(x)的时候，底层自动调用forward方法计算结果

参考文献：
https://blog.csdn.net/u011501388/article/details/84062483