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一、层和块
在构造自定义块之前，我们先回顾一下多层感知机的代码。下面的代码生成一个网络，其中包含一个具有256个单元和ReLU激活函数的全连接隐藏层，然后是一个具有10个隐藏单元且不带激活函数的全连接输出层。
python
import torch
from torch import nn
from torch.nn import functional as F
net = nn.Sequential(nn.Linear(20, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 10))
X = torch.rand(2, 20)
net(X)
python
tensor([[ 0.0748, -0.1284, 0.0661, 0.1824, 0.1819, -0.0896, -0.0444, 0.0611,
-0.1083, -0.2545],
[ 0.0015, -0.1136, 0.0300, 0.2422, 0.1924, -0.1676, -0.1643, 0.0208,
-0.1123, -0.1084]], grad_fn=<AddmmBackward0>)`nn.Sequential`定义了一种特殊的`Module`，即在PyTorch中表示一个块的类，它维护了一个由`Module`组成的有序列表。 注意，两个全连接层都是`Linear`类的实例，`Linear`类本身就是`Module`的子类。另外，到目前为止，我们一直在通过`net(X)`调用我们的模型来获得模型的输出。这实际上是`net.call(X)`的简写。这个前向传播函数非常简单：它将列表中的每个块连接在一起，将每个块的输出作为下一个块的输入。
二、自定义块
**Pytorch中任何一个层或者一个神经网络基本都是nn.Module的子类。**下面是一个自定义的MLP类，功能和前面代码相同。
python
class MLP(nn.Module):
# 用模型参数声明层。这里，我们声明两个全连接的层
def __init__(self):
# 调用MLP的父类Module的构造函数来执行必要的初始化。
# 这样，在类实例化时也可以指定其他函数参数，例如模型参数params
super().__init__()
self.hidden = nn.Linear(20, 256) # 隐藏层
self.out = nn.Linear(256, 10) # 输出层
# 定义模型的前向传播，即如何根据输入X返回所需的模型输出
def forward(self, X):
# 注意，这里我们使用ReLU的函数版本，其在nn.functional模块中定义。
return self.out(F.relu(self.hidden(X)))所有的Module有两个重要的函数，一个是init()函数，在里面定义需要哪些类和参数，另外一个是forward()函数，定义了模型的前向传播。
实例化多层感知机的层，然后在每次调用前向传播函数时调用这些层。
python
net = MLP()
net(X)
python
tensor([[ 0.0617, -0.0381, 0.0605, -0.2711, -0.0481, -0.1107, 0.2265, -0.0549,
0.2573, 0.0887],
[-0.0170, -0.0350, 0.1438, -0.2079, -0.0148, -0.0230, 0.0590, 0.0136,
0.3161, 0.0014]], grad_fn=<AddmmBackward0>)三、顺序块
现在我们可以更仔细地看看`Sequential`类是如何工作的，回想一下`Sequential`的设计是为了把其他模块串起来。为了构建我们自己的简化的`MySequential`，我们只需要定义两个关键函数：
- 一种将块逐个追加到列表中的函数；
- 一种前向传播函数，用于将输入按追加块的顺序传递给块组成的"链条"。
下面的`MySequential`类提供了与默认`Sequential`类相同的功能。
python
class MySequential(nn.Module):
def __init__(self, *args): # *args: list of input arguments
super().__init__()
for idx, module in enumerate(args):
# 这里，module是Module子类的一个实例。我们把它保存在'Module'类的成员
# 变量_modules中。_module的类型是OrderedDict(有序字典)
self._modules[str(idx)] = module
def forward(self, X):
# OrderedDict保证了按照成员添加的顺序遍历它们
for block in self._modules.values():
X = block(X)
return X当`MySequential`的前向传播函数被调用时，每个添加的块都按照它们被添加的顺序执行。现在可以使用我们的`MySequential`类重新实现多层感知机。
python
net = MySequential(nn.Linear(20, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 10))
net(X)
python
tensor([[ 0.0425, 0.2652, -0.1381, 0.0156, -0.1683, 0.0906, -0.2825, 0.0234,
0.0289, 0.0594],
[ 0.0372, 0.2065, -0.1196, 0.0681, -0.1791, 0.1555, -0.4214, 0.1164,
-0.0223, 0.0265]], grad_fn=<AddmmBackward0>)四、在前向传播函数中执行代码
下面这段代码相比于nn.Sequential更加灵活，能够灵活定义前向计算：
python
class FixedHiddenMLP(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
# 不计算梯度的随机权重参数。因此其在训练期间保持不变
self.rand_weight = torch.rand((20, 20), requires_grad=False)
self.linear = nn.Linear(20, 20)
def forward(self, X):
X = self.linear(X)
# 使用创建的常量参数以及relu和mm函数
X = F.relu(torch.mm(X, self.rand_weight) + 1)
# 复用全连接层。这相当于两个全连接层共享参数
X = self.linear(X)
# 控制流
while X.abs().sum() > 1:
X /= 2
return X.sum()
net = FixedHiddenMLP()
net(X)
python
tensor(0.0402, grad_fn=<SumBackward0>)五、嵌套使用
我们可以混合搭配各种组合块的方法。在下面的例子中，我们以一些想到的方法嵌套块。
python
class NestMLP(nn.Module):
def __init__(self):
super().__init__()
self.net = nn.Sequential(nn.Linear(20, 64), nn.ReLU(),
nn.Linear(64, 32), nn.ReLU())
self.linear = nn.Linear(32, 16)
def forward(self, X):
return self.linear(self.net(X))
chimera = nn.Sequential(NestMLP(), nn.Linear(16, 20), FixedHiddenMLP())
chimera(X)
python
tensor(-0.0394, grad_fn=<SumBackward0>)六、总结
- 一个块可以由许多层组成；一个块可以由许多块组成。
- 块可以包含代码。
- 块负责大量的内部处理，包括参数初始化和反向传播。
- 层和块的顺序连接由`Sequential`块处理。