【PyTorch】Neural Network 神经网络(上)

简介: 【PyTorch】Neural Network 神经网络(上)

四、Neural Network 神经网络

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/nn.html

1、Containers - Module

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Module.html#torch.nn.Module

import torch
from torch import nn
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
    def forward(self, input):
        output = input + 1
        return output
tudui = Tudui()
x = torch.tensor(1.0)
output = tudui(x)
print(output)
tensor(2.)

2、Convolution Layers - functional.conv2d

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.functional.conv2d.html#torch.nn.functional.conv2d

2.1 stride

import torch
import torch.nn.functional as F
input = torch.tensor([
    [1, 2, 0, 3, 1],
    [0, 1, 2, 3, 1],
    [1, 2, 1, 0, 0],
    [5, 2, 3, 1, 1],
    [2, 1, 0, 1, 1]
])
kernel = torch.tensor([
    [1, 2, 1],
    [0, 1, 0],
    [2, 1, 0]
])
input = torch.reshape(input, (1, 1, 5, 5))  # torch.Size([1, 1, 5, 5])
kernel = torch.reshape(kernel, (1, 1, 3, 3))  # torch.Size([1, 1, 3, 3])
output1 = F.conv2d(input, kernel, stride=1)
print(output1)
output2 = F.conv2d(input, kernel, stride=2)
print(output2)
tensor([[[[10, 12, 12],
          [18, 16, 16],
          [13,  9,  3]]]])
tensor([[[[10, 12],
          [13,  3]]]])

2.2 padding

import torch
import torch.nn.functional as F
input = torch.tensor([
    [1, 2, 0, 3, 1],
    [0, 1, 2, 3, 1],
    [1, 2, 1, 0, 0],
    [5, 2, 3, 1, 1],
    [2, 1, 0, 1, 1]
])
kernel = torch.tensor([
    [1, 2, 1],
    [0, 1, 0],
    [2, 1, 0]
])
input = torch.reshape(input, (1, 1, 5, 5))  # torch.Size([1, 1, 5, 5])
kernel = torch.reshape(kernel, (1, 1, 3, 3))  # torch.Size([1, 1, 3, 3])
output1 = F.conv2d(input, kernel, stride=1, padding=1)
print(output1)
output2 = F.conv2d(input, kernel, stride=2, padding=1)
print(output2)
tensor([[[[ 1,  3,  4, 10,  8],
          [ 5, 10, 12, 12,  6],
          [ 7, 18, 16, 16,  8],
          [11, 13,  9,  3,  4],
          [14, 13,  9,  7,  4]]]])
tensor([[[[ 1,  4,  8],
          [ 7, 16,  8],
          [14,  9,  4]]]])

3、Convolution Layers - Conv2d

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Conv2d.html#torch.nn.Conv2d

动画实现:https://github.com/vdumoulin/conv_arithmetic/blob/master/README.md

3.1 in_channels out_channels

import torchvision
from torch import nn
from torch.nn import Conv2d
from torch.utils.data import DataLoader
dataset = torchvision.datasets.CIFAR10("../data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(),
                                       download=True)
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=64)
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.conv1 = Conv2d(in_channels=3, out_channels=6, kernel_size=3, stride=1, padding=0)
    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        return x
tudui = Tudui()
for data in dataloader:
    imgs, targets = data
    output = tudui(imgs)
    print(imgs.shape)
    print(output.shape)
Files already downloaded and verified
torch.Size([64, 3, 32, 32]) # in_channels=3
torch.Size([64, 6, 30, 30]) # out_channels=6 卷积之后 32 -> 30
...

TensorBoard展示:

import torch
import torchvision
from torch import nn
from torch.nn import Conv2d
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
dataset = torchvision.datasets.CIFAR10("../data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(),
                                       download=True)
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=64)
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.conv1 = Conv2d(in_channels=3, out_channels=6, kernel_size=3, stride=1, padding=0)
    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        return x
tudui = Tudui()
writer = SummaryWriter("logs")
step = 0
for data in dataloader:
    imgs, targets = data
    output = tudui(imgs)
    print(imgs.shape)  # torch.Size([64, 3, 32, 32])
    print(output.shape)  # torch.Size([64, 6, 30, 30])
    writer.add_images("input", imgs, step)
    output = torch.reshape(output, (-1, 3, 30, 30))  # -> [xxx, 3, 30, 30]
    writer.add_images("output", output, step)
    print(output.shape)  # torch.Size([128, 3, 30, 30])
    step += 1
writer.close()

4、Pooling layers - MaxPool2d

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.MaxPool2d.html#torch.nn.MaxPool2d

4.1 ceil_mode

import torch
from torch import nn
from torch.nn import MaxPool2d
input = torch.Tensor([
    [1, 2, 0, 3, 1],
    [0, 1, 2, 3, 1],
    [1, 2, 1, 0, 0],
    [5, 2, 3, 1, 1],
    [2, 1, 0, 1, 1],
])
input = torch.reshape(input, (-1, 1, 5, 5))  # torch.Size([1, 1, 5, 5])
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.maxpool1 = MaxPool2d(kernel_size=3, ceil_mode=True)
    def forward(self, input):
        output = self.maxpool1(input)
        return output
tudui = Tudui()
output = tudui(input)
print(output)
tensor([[[[2., 3.],
          [5., 1.]]]])

4.2 TensorBoard

import torchvision
from torch import nn
from torch.nn import MaxPool2d
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
dataset = torchvision.datasets.CIFAR10("../data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(),
                                       download=True)
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=64)
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.maxpool1 = MaxPool2d(kernel_size=3, ceil_mode=False)
    def forward(self, input):
        output = self.maxpool1(input)
        return output
tudui = Tudui()
writer = SummaryWriter("../logs")
step = 0
for data in dataloader:
    imgs, targets = data
    writer.add_images("input", imgs, step)
    output = tudui(imgs)
    writer.add_images("output", output, step)
    step += 1
writer.close()

5、Non-linear Activations

5.1 ReLU

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.ReLU.html#torch.nn.ReLU

inplace说明:

①input = -1 – ReLU(input, inplace = True) – input = 0

②input = -1 – output = ReLU(input, inplace = True) – input = -1 output = 0

import torch
from torch import nn
from torch.nn import ReLU
input = torch.Tensor([[1, -0.5], [-1, 3]])  # torch.Size([2, 2])
input = torch.reshape(input, (-1, 1, 2, 2))  # torch.Size([1, 1, 2, 2])
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.relu1 = ReLU()
    def forward(self, input):
        output = self.relu1(input)
        return output
tudui = Tudui()
output = tudui(input)
print(output)  # torch.Size([1, 1, 2, 2])
tensor([[[[1., 0.],
          [0., 3.]]]])

5.2 Sigmoid

参考文档:https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Sigmoid.html#torch.nn.Sigmoid

import torchvision
from torch import nn
from torch.nn import ReLU, Sigmoid
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
dataset = torchvision.datasets.CIFAR10("../data", train=False, transform=torchvision.transforms.ToTensor(),
                                       download=True)
dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=64)
class Tudui(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Tudui, self).__init__()
        self.sigmoid1 = Sigmoid()
    def forward(self, input):
        output = self.sigmoid1(input)
        return output
tudui = Tudui()
writer = SummaryWriter("../logs")
step = 0
for data in dataloader:
    imgs, targets = data
    writer.add_images("input", imgs, global_step=step)
    output = tudui(imgs)
    writer.add_images("output", output, global_step=step)
    step += 1
writer.close()

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