Pytorch参数注册和nn.ModuleList nn.ModuleDict的问题

参考自官方文档

参数注册

尝试自己写GoogLeNet时碰到的问题，放在字典中的参数无法自动注册，所谓的注册，就是当参数注册到这个网络上时，它会随着你在外部调用net.cuda()后自动迁移到GPU上，而没有注册的参数则不会随着网络迁到GPU上，这就可能导致输入在GPU上而参数不在GPU上，从而出现错误，为了说明这个现象。

举一个有点铁憨憨的例子：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.weight = torch.rand((3,4)) # 这里其实可以直接用nn.Linear，但为了举例这里先憨憨一下
    
    def forward(self,x):
        return F.linear(x,self.weight)

if __name__ == "__main__":
    batch_size = 10
    dummy = torch.rand((batch_size,4))
    net = Net()
    print(net(dummy))

上面的代码可以成功运行，因为所有的数值都是放在CPU上的，但是，一旦我们要把模型移到GPU上时

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.weight = torch.rand((3,4))
    
    def forward(self,x):
        return F.linear(x,self.weight)

if __name__ == "__main__":
    batch_size = 10
    dummy = torch.rand((batch_size,4)).cuda()
    net = Net().cuda()
    print(net(dummy))

运行后就会出现

...
RuntimeError: Expected object of backend CUDA but got backend CPU for argument #2 'mat2'

这就是因为self.weight没有随着模型一起移到GPU上的原因，此时我们查看模型的参数，会发现并没有self.weight

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.weight = torch.rand((3,4))
    
    def forward(self,x):
        return F.linear(x,self.weight)

if __name__ == "__main__":
    net = Net()
    for parameter in net.parameters():
        print(parameter)

上面的代码没有输出，因为net根本没有参数

那么为了让net有参数，我们需要手动地将self.weight注册到网络上

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.weight = nn.Parameter(torch.rand((3,4))) # 被注册的参数必须是nn.Parameter类型
        self.register_parameter('weight',self.weight) # 手动注册参数
        
    
    def forward(self,x):
        return F.linear(x,self.weight)

if __name__ == "__main__":
    net = Net()
    for parameter in net.parameters():
        print(parameter)

    batch_size = 10
    net = net.cuda()
    dummy = torch.rand((batch_size,4)).cuda()
    print(net(dummy))

此时网络的参数就有了输出，同时会随着一起迁到GPU上，输出就类似这样

Parameter containing:
tensor([...])
tensor([...])

不过后来我实验了以下，好像只写nn.Parameter不写register也可以被默认注册

nn.ModuleList和nn.ModuleDict

有时候我们为了图省事，可能会这样写网络

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.linears = [nn.Linear(4,4),nn.Linear(4,4),nn.Linear(4,2)]
    
    def forward(self,x):
        for linear in self.linears:
            x = linear(x)
            x = F.relu(x)
        return x

if __name__ == '__main__':
    net = Net()
    for parameter in net.parameters():
        print(parameter)  

同样，输出网络的参数啥也没有，这意味着当调用net.cuda时，self.linears里面的参数不会一起走到GPU上去

此时我们可以在__init__方法中手动对self.parameters()迭代然后把每个参数注册，但更好的方法是，pytorch已经为我们提供了nn.ModuleList，用来代替python内置的list，放在nn.ModuleList中的参数将会自动被正确注册

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net,self).__init__()
        self.linears = nn.ModuleList([nn.Linear(4,4),nn.Linear(4,4),nn.Linear(4,2)])
    
    def forward(self,x):
        for linear in self.linears:
            x = linear(x)
            x = F.relu(x)
        return x

if __name__ == '__main__':
    net = Net()
    for parameter in net.parameters():
        print(parameter)        

此时就有输出了

Parameter containing:
tensor(...)
Parameter containing:
tensor(...)
...

nn.ModuleDict也是类似，当我们需要把参数放在一个字典里的时候，能够用的上，这里直接给一个官方的例子看一看就OK

class MyModule(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MyModule, self).__init__()
        self.choices = nn.ModuleDict({
                'conv': nn.Conv2d(10, 10, 3),
                'pool': nn.MaxPool2d(3)
        })
        self.activations = nn.ModuleDict([
                ['lrelu', nn.LeakyReLU()],
                ['prelu', nn.PReLU()]
        ])

    def forward(self, x, choice, act):
        x = self.choices[choice](x)
        x = self.activations[act](x)
        return x

需要注意的是，虽然直接放在python list中的参数不会自动注册，但如果只是暂时放在list里，随后又调用了nn.Sequential把整个list整合起来，参数仍然是会自动注册的

另外一点要注意的是ModuleList和ModuleDict里面只能放Module的子类，也就是nn.Conv,nn.Linear这样的，但不能放nn.Parameter，如果要放nn.Parameter，用nn.ParameterList即可，用法和nn.ModuleList一样

来源：https://blog.csdn.net/luo3300612/article/details/97815207