实现一个Linear层(torch.nn.Linear)功能,分别基于torch.nn.Module和torch.autograd.Function

时间: 2023-07-23 21:06:58 浏览: 253
好的,下面分别给出基于`torch.nn.Module`和`torch.autograd.Function`的实现示例。 基于`torch.nn.Module`的实现示例: ```python import torch import torch.nn as nn class LinearLayer(nn.Module): def __init__(self, input_size, output_size): super(LinearLayer, self).__init__() self.weight = nn.Parameter(torch.Tensor(output_size, input_size)) self.bias = nn.Parameter(torch.Tensor(output_size)) self.reset_parameters() def reset_parameters(self): nn.init.kaiming_uniform_(self.weight, a=math.sqrt(5)) if self.bias is not None: fan_in, _ = nn.init._calculate_fan_in_and_fan_out(self.weight) bound = 1 / math.sqrt(fan_in) nn.init.uniform_(self.bias, -bound, bound) def forward(self, input): return torch.matmul(input, self.weight.t()) + self.bias ``` 基于`torch.autograd.Function`的实现示例: ```python import torch from torch.autograd import Function class LinearFunction(Function): @staticmethod def forward(ctx, input, weight, bias=None): ctx.save_for_backward(input, weight, bias) output = torch.matmul(input, weight.t()) if bias is not None: output += bias.unsqueeze(0).expand_as(output) return output @staticmethod def backward(ctx, grad_output): input, weight, bias = ctx.saved_tensors grad_input = grad_weight = grad_bias = None if ctx.needs_input_grad[0]: grad_input = torch.matmul(grad_output, weight) if ctx.needs_input_grad[1]: grad_weight = torch.matmul(grad_output.t(), input) if bias is not None and ctx.needs_input_grad[2]: grad_bias = grad_output.sum(0) return grad_input, grad_weight, grad_bias class LinearLayer(Function): @staticmethod def forward(ctx, input, weight, bias=None): ctx.save_for_backward(input, weight, bias) output = torch.matmul(input, weight.t()) if bias is not None: output += bias.unsqueeze(0).expand_as(output) return output @staticmethod def backward(ctx, grad_output): input, weight, bias = ctx.saved_tensors grad_input = grad_weight = grad_bias = None if ctx.needs_input_grad[0]: grad_input = torch.matmul(grad_output, weight) if ctx.needs_input_grad[1]: grad_weight = torch.matmul(grad_output.t(), input) if bias is not None and ctx.needs_input_grad[2]: grad_bias = grad_output.sum(0) return grad_input, grad_weight, grad_bias ``` 这两个示例分别基于`torch.nn.Module`和`torch.autograd.Function`实现了一个Linear层。你可以根据需要选择其中一种实现方式。希望对你有所帮助!
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import torch import torch.nn as nn import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from torch import autograd """ 用神经网络模拟微分方程,f(x)'=f(x),初始条件f(0) = 1 """ class Net(nn.Module): def __init__(self, NL, NN): # NL n个l(线性,全连接)隐藏层, NN 输入数据的维数, # NL是有多少层隐藏层 # NN是每层的神经元数量 super(Net, self).__init__() self.input_layer = nn.Linear(1, NN) self.hidden_layer = nn.Linear(NN,int(NN/2)) ## 原文这里用NN,我这里用的下采样,经过实验验证,“等采样”更优。更多情况有待我实验验证。 self.output_layer = nn.Linear(int(NN/2), 1) def forward(self, x): out = torch.tanh(self.input_layer(x)) out = torch.tanh(self.hidden_layer(out)) out_final = self.output_layer(out) return out_final net=Net(4,20) # 4层 20个 mse_cost_function = torch.nn.MSELoss(reduction='mean') # Mean squared error 均方误差求 optimizer = torch.optim.Adam(net.parameters(),lr=1e-4) # 优化器 def ode_01(x,net): y=net(x) y_x = autograd.grad(y, x,grad_outputs=torch.ones_like(net(x)),create_graph=True)[0] return y-y_x # y-y' = 0 # requires_grad=True).unsqueeze(-1) plt.ion() # 动态图 iterations=200000 for epoch in range(iterations): optimizer.zero_grad() # 梯度归0 ## 求边界条件的损失函数 x_0 = torch.zeros(2000, 1) y_0 = net(x_0) mse_i = mse_cost_function(y_0, torch.ones(2000, 1)) # f(0) - 1 = 0 ## 方程的损失函数 x_in = np.random.uniform(low=0.0, high=2.0, size=(2000, 1)) pt_x_in = autograd.Variable(torch.from_numpy(x_in).float(), requires_grad=True) # x 随机数 pt_y_colection=ode_01(pt_x_in,net) pt_all_zeros= autograd.Variable(torch.from_numpy(np.zeros((2000,1))).float(), requires_grad=False) mse_f=mse_cost_function(pt_y_colection, pt_all_zeros) # y-y' = 0 loss = mse_i + mse_f loss.backward() # 反向传播 optimizer.step() # 优化下一步。This is equivalent to : theta_new = theta_old - alpha * derivative of J w.r.t theta if epoch%1000==0: y = torch.exp(pt_x_in) # y 真实值 y_train0 = net(pt_x_in) # y 预测值 print(epoch, "Traning Loss:", loss.data) print(f'times {epoch} - loss: {loss.item()} - y_0: {y_0}') plt.cla() plt.scatter(pt_x_in.detach().numpy(), y.detach().numpy()) plt.scatter(pt_x_in.detach().numpy(), y_train0.detach().numpy(),c='red') plt.pause(0.1)

下面的这段python代码,哪里有错误,修改一下:import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import pandas as pd import torch import torch.nn as nn from torch.autograd import Variable from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler training_set = pd.read_csv('CX2-36_1971.csv') training_set = training_set.iloc[:, 1:2].values def sliding_windows(data, seq_length): x = [] y = [] for i in range(len(data) - seq_length): _x = data[i:(i + seq_length)] _y = data[i + seq_length] x.append(_x) y.append(_y) return np.array(x), np.array(y) sc = MinMaxScaler() training_data = sc.fit_transform(training_set) seq_length = 1 x, y = sliding_windows(training_data, seq_length) train_size = int(len(y) * 0.8) test_size = len(y) - train_size dataX = Variable(torch.Tensor(np.array(x))) dataY = Variable(torch.Tensor(np.array(y))) trainX = Variable(torch.Tensor(np.array(x[1:train_size]))) trainY = Variable(torch.Tensor(np.array(y[1:train_size]))) testX = Variable(torch.Tensor(np.array(x[train_size:len(x)]))) testY = Variable(torch.Tensor(np.array(y[train_size:len(y)]))) class LSTM(nn.Module): def __init__(self, num_classes, input_size, hidden_size, num_layers): super(LSTM, self).__init__() self.num_classes = num_classes self.num_layers = num_layers self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.seq_length = seq_length self.lstm = nn.LSTM(input_size=input_size, hidden_size=hidden_size, num_layers=num_layers, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, num_classes) def forward(self, x): h_0 = Variable(torch.zeros( self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size)) c_0 = Variable(torch.zeros( self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size)) # Propagate input through LSTM ula, (h_out, _) = self.lstm(x, (h_0, c_0)) h_out = h_out.view(-1, self.hidden_size) out = self.fc(h_out) return out num_epochs = 2000 learning_rate = 0.001 input_size = 1 hidden_size = 2 num_layers = 1 num_classes = 1 lstm = LSTM(num_classes, input_size, hidden_size, num_layers) criterion = torch.nn.MSELoss() # mean-squared error for regression optimizer = torch.optim.Adam(lstm.parameters(), lr=learning_rate) # optimizer = torch.optim.SGD(lstm.parameters(), lr=learning_rate) runn = 10 Y_predict = np.zeros((runn, len(dataY))) # Train the model for i in range(runn): print('Run: ' + str(i + 1)) for epoch in range(num_epochs): outputs = lstm(trainX) optimizer.zero_grad() # obtain the loss function loss = criterion(outputs, trainY) loss.backward() optimizer.step() if epoch % 100 == 0: print("Epoch: %d, loss: %1.5f" % (epoch, loss.item())) lstm.eval() train_predict = lstm(dataX) data_predict = train_predict.data.numpy() dataY_plot = dataY.data.numpy() data_predict = sc.inverse_transform(data_predict) dataY_plot = sc.inverse_transform(dataY_plot) Y_predict[i,:] = np.transpose(np.array(data_predict)) Y_Predict = np.mean(np.array(Y_predict)) Y_Predict_T = np.transpose(np.array(Y_Predict))

class LinearMaskedCoupling(nn.Module): """ Coupling Layers """ def __init__(self, input_size, hidden_size, n_hidden, mask, cond_label_size=None): super().__init__() # stored in state_dict, but not trained & not returned by nn.parameters(); similar purpose as nn.Parameter objects # this is because tensors won't be saved in state_dict and won't be pushed to the device self.register_buffer('mask', mask) # 0,1,0,1 # scale function # for conditional version, just concat label as the input into the network (conditional way of SRMD) s_net = [nn.Linear(input_size + (cond_label_size if cond_label_size is not None else 0), hidden_size)] for _ in range(n_hidden): s_net += [nn.Tanh(), nn.Linear(hidden_size, hidden_size)] s_net += [nn.Tanh(), nn.Linear(hidden_size, input_size)] self.s_net = nn.Sequential(*s_net) # translation function, the same structure self.t_net = copy.deepcopy(self.s_net) # replace Tanh with ReLU's per MAF paper for i in range(len(self.t_net)): if not isinstance(self.t_net[i], nn.Linear): self.t_net[i] = nn.ReLU() def forward(self, x, y=None): # apply mask mx = x * self.mask # run through model log_s = self.s_net(mx if y is None else torch.cat([y, mx], dim=1)) t = self.t_net(mx if y is None else torch.cat([y, mx], dim=1)) u = mx + (1 - self.mask) * (x - t) * torch.exp( -log_s) # cf RealNVP eq 8 where u corresponds to x (here we're modeling u) log_abs_det_jacobian = (- (1 - self.mask) * log_s).sum( 1) # log det du/dx; cf RealNVP 8 and 6; note, sum over input_size done at model log_prob return u, log_abs_det_jacobian 帮我解析代码

class GRU(nn.Module): def init(self, feature_size, hidden_size, num_layers, output_size): super(GRU, self).init() self.hidden_size = hidden_size # 隐层大小 self.num_layers = num_layers # gru层数 # feature_size为特征维度,就是每个时间点对应的特征数量,这里为1 self.gru = nn.GRU(feature_size, hidden_size, num_layers, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x, hidden=None): batch_size = x.shape[0] # 获取批次大小 # 初始化隐层状态 if hidden is None: h_0 = x.data.new(self.num_layers, batch_size, self.hidden_size).fill_(0).float() else: h_0 = hidden # GRU运算 output, h_0 = self.gru(x, h_0) # 获取GRU输出的维度信息 batch_size, timestep, hidden_size = output.shape # 将output变成 batch_size * timestep, hidden_dim output = output.reshape(-1, hidden_size) # 全连接层 output = self.fc(output) # 形状为batch_size * timestep, 1 # 转换维度,用于输出 output = output.reshape(timestep, batch_size, -1) # 将我们的输出数据的第—个维度变成时间片, # 如果我们设置timestep=5,那么我们的 output 的输出就为【5,32,1】 # 作为模型输出我们只需要最后一个时间片的数据作为输出即可 # 因为GRU是处理时序数据的,最后一个时间片包含了前面所有时间片的信息(T1,T2.….) # 我们只需要返回最后一个时间片的数据即可 return output[-1] gru = GRU(config.feature_size, config.hidden_size, config.num_layers, config.output_size) # 定义GRU网络 loss_function = nn.MSELoss() # 定义损失函数 optimizer = torch.optim.AdamW(gru.parameters(), lr=config.learning_rate_gru) # 定义优化器按句解释这一段代码的意思,每句话有什么作用,实现了什么功能?

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