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PyTorch教程5.2之多層感知器的實(shí)現(xiàn)

22349 2023-06-05 | pdf | 0.29 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

多層感知器 (MLP) 的實(shí)現(xiàn)并不比簡(jiǎn)單的線性模型復(fù)雜多少。關(guān)鍵的概念差異是我們現(xiàn)在連接多個(gè)層。

						import torch
from torch import nn
from d2l import torch as d2l

						 

						from mxnet import np, npx
from mxnet.gluon import nn
from d2l import mxnet as d2l

npx.set_np()

						import jax
from flax import linen as nn
from jax import numpy as jnp
from d2l import jax as d2l

						 

						No GPU/TPU found, falling back to CPU. (Set TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL=0 and rerun for more info.)

					

						import tensorflow as tf
from d2l import tensorflow as d2l

5.2.1. 從零開始實(shí)施

讓我們從頭開始實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

5.2.1.1. 初始化模型參數(shù)

回想一下，F(xiàn)ashion-MNIST 包含 10 個(gè)類，并且每個(gè)圖像由一個(gè)28×28=784灰度像素值網(wǎng)格。和以前一樣，我們暫時(shí)忽略像素之間的空間結(jié)構(gòu)，因此我們可以將其視為具有 784 個(gè)輸入特征和 10 個(gè)類別的分類數(shù)據(jù)集。首先，我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有一個(gè)隱藏層和 256 個(gè)隱藏單元的 MLP。層數(shù)和寬度都是可調(diào)的（它們被認(rèn)為是超參數(shù)）。通常，我們選擇層寬度可以被 2 的較大次冪整除。由于內(nèi)存在硬件中分配和尋址的方式，這在計(jì)算上是高效的。

同樣，我們將用幾個(gè)張量表示我們的參數(shù)。請(qǐng)注意， 對(duì)于每一層，我們必須跟蹤一個(gè)權(quán)重矩陣和一個(gè)偏置向量。與往常一樣，我們?yōu)檫@些參數(shù)的損失梯度分配內(nèi)存。

在下面的代碼中，我們使用 `nn.Parameter< https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.parameter.Parameter.html >`__ 自動(dòng)將類屬性注冊(cè)為要跟蹤的參數(shù)autograd（第 2.5 節(jié)） .

								class MLPScratch(d2l.Classifier):
  def __init__(self, num_inputs, num_outputs, num_hiddens, lr, sigma=0.01):
    super().__init__()
    self.save_hyperparameters()
    self.W1 = nn.Parameter(torch.randn(num_inputs, num_hiddens) * sigma)
    self.b1 = nn.Parameter(torch.zeros(num_hiddens))
    self.W2 = nn.Parameter(torch.randn(num_hiddens, num_outputs) * sigma)
    self.b2 = nn.Parameter(torch.zeros(num_outputs))

								 

In the code below, we first define and initialize the parameters and then enable gradient tracking.

								class MLPScratch(d2l.Classifier):
  def __init__(self, num_inputs, num_outputs, num_hiddens, lr, sigma=0.01):
    super().__init__()
    self.save_hyperparameters()
    self.W1 = np.random.randn(num_inputs, num_hiddens) * sigma
    self.b1 = np.zeros(num_hiddens)
    self.W2 = np.random.randn(num_hiddens, num_outputs) * sigma
    self.b2 = np.zeros(num_outputs)
    for param in self.get_scratch_params():
      param.attach_grad()

								 

In the code below we use `flax.linen.Module.param <https://flax.readthedocs.io/en/latest/api_reference/flax.linen.html#flax.linen.Module.param>`__ to define the model parameter.

								class MLPScratch(d2l.Classifier):
  num_inputs: int
  num_outputs: int
  num_hiddens: int
  lr: float
  sigma: float = 0.01

  def setup(self):
    self.W1 = self.param('W1', nn.initializers.normal(self.sigma),
               (self.num_inputs, self.num_hiddens))
    self.b1 = self.param('b1', nn.initializers.zeros, self.num_hiddens)
    self.W2 = self.param('W2', nn.initializers.normal(self.sigma),
               (self.num_hiddens, self.num_outputs))
    self.b2 = self.param('b2', nn.initializers.zeros, self.num_outputs)

								 

In the code below we use `tf.Variable <https://www.tensorflow.org/api_docs/python/tf/Variable>`__ to define the model parameter.

								class MLPScratch(d2l.Classifier):
  def __init__(self, num_inputs, num_outputs, num_hiddens, lr, sigma=0.01):
    super().__init__()
    self.save_hyperparameters()
    self.W1 = tf.Variable(
      tf.random.normal((num_inputs, num_hiddens)) * sigma)
    self.b1 = tf.Variable(tf.zeros(num_hiddens))
    self.W2 = tf.Variable(
      tf.random.normal((num_hiddens, num_outputs)) * sigma)
    self.b2 = tf.Variable(tf.zeros(num_outputs))

								 

5.2.1.2. 模型

為了確保我們知道一切是如何工作的，我們將自己實(shí)現(xiàn) ReLU 激活，而不是直接調(diào)用內(nèi)置relu函數(shù)。

								def relu(X):
  a = torch.zeros_like(X)
  return torch.max(X, a)

								 

								def relu(X):
  return np.maximum(X, 0)

								def relu(X):
  return jnp.maximum(X, 0)

								def relu(X):
  return tf.math.maximum(X, 0)

由于我們忽略了空間結(jié)構(gòu)，我們將reshape每個(gè)二維圖像轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度為的平面向量num_inputs。最后，我們只用幾行代碼就實(shí)現(xiàn)了我們的模型。由于我們使用框架內(nèi)置的 autograd，這就是它所需要的全部。

								@d2l.add_to_class(MLPScratch)
def forward(self, X):
  X = X.reshape((-1, self.num_inputs))
  H = relu(torch.matmul(X, self.W1) + self.b1)
  return torch.matmul(H, self.W2) + self.b2

								 

								@d2l.add_to_class(MLPScratch)
def forward(self, X):
  X = X.reshape((-1, self.num_inputs))
  H = relu(np.dot(X, self.W1) + self.b1)
  return np.dot(H, self.W2) + self.b2

								 

								@d2l.add_to_class(MLPScratch)
def forward(self, X):
  X = X.reshape((-1, self.num_inputs))
  H = relu(jnp.matmul(X, self.W1) + self.b1)
  return jnp.matmul(H, self.W2) + self.b2

								 

								@d2l.add_to_class(MLPScratch)
def forward(self, X):
  X = tf.reshape(X, (-1, self.num_inputs))
  H = relu(tf.matmul(X, self.W1) + self.b1)
  return tf.matmul(H, self.W2) + self.b2

								 