1.pytorch源码阅读系列之Parameter类
2.PyTorch 源码分析(一):torch.nn.Module
3.PyTorch 源码解读之 BN & SyncBN:BN 与 多卡同步 BN 详解
4.PyTorch 源码解读之 torch.optim:优化算法接口详解
5.PyTorch源码学习 - (13)模型的码阅保存与加载
6.PyTorch - DataLoader 源码解析(一)
pytorch源码阅读系列之Parameter类
PyTorch中,weight和bias的码阅管理是通过Parameter类实现的,它在Linear类的码阅初始化函数中起关键作用1。Parameter不仅作为Module类的码阅内置属性,还能自动加入到Module的码阅参数列表中,通过parameters()方法可方便获取。码阅手机直播间源码让我们深入理解Parameter类及其在Module中的码阅运用。
Parameter类的码阅作用主要体现在:作为Module的参数,它能自动注册,码阅并可通过迭代器访问。码阅为了验证,码阅我们自定义一个Net实例,码阅其layer的码阅weight和bias,以及自定义的码阅fun_param都是Parameter类型,都可在Net的码阅named_parameters()中找到2。
进一步研究Parameter类的__new__()方法,虽然它继承自torch.Tensor,但没有显式的__init__(),实际在Module类的__setattr__()方法中进行参数注册3。当我们在Module实例上设置属性为Parameter时,会触发__setattr__(),其中的逻辑包括删除重复的属性名,确保Parameter类型且Module的初始化函数已执行,然后通过register_parameter()函数将其添加到_module的_parameters属性中。
总的来说,PyTorch通过在类实例属性赋值时进行自动注册,实现了Parameter与Module的有效集成,确保了网络参数的管理与访问的便捷性4。要了解更多细节,可以参考相关源码链接1,2,3。
1 github.com/pytorch/pyto...
2 github.com/pytorch/pyto...
3 github.com/pytorch/pyto...
PyTorch 源码分析(一):torch.nn.Module
nn.Module是PyTorch中最核心和基础的结构,它是操作符/损失函数的基类,同时也是组成各种网络结构的基类(实际上是由多个module组合而成的一个module)。
在Python侧,2.1回调函数注册,2.2 module类定义中,有以下几个重点函数:
重点函数一:将模型的带源码网站源码下载参数移动到CUDA上,内部会遍历其子module。
重点函数二:将模型的参数移动到CPU上,内部会遍历其子module。
重点函数三:将模型的参数转化为fp或者fp等,内部会遍历其子module。
重点函数四:forward函数调用。
重点函数五:返回该net的所有layer。
在类图中,PyTorch的算子都是module的子类,包括自定义算子和整网定义。
在C++侧,3.1 module.to("cuda")详细分析中,本质是将module的parameter&buffer等tensor移动到CUDA上,最终调用的是tensor.to(cuda)。
3.2 module.load/save逻辑中,PyTorch模型保存分为两种,一种是纯参数,一种是带模型结构(PyTorch中的模型结构,本质上是由module、sub-module构造的一个计算图)。
parameter、buffer是通过key-value的形式来存储和检索的,key为module的.name,value为存储具体数据的tensor。
InputArchive/OutputArchive的write和read逻辑。
通过Module,PyTorch将op/loss/opt等串联起来,类似于一个计算图。基于PyTorch构建的ResNet等模型,是逐个算子进行计算的,tensor在CPU和GPU之间来回流动,而不是整个计算都在GPU上完成(即中间计算结果不出GPU)。实际上,在进行推理时,可以构建一个计算图,让整个计算图的html表白源码 源码之家计算都在GPU上完成,不知道是否可行(如果GPU上有一个CPU就可以完成这个操作,不知道tensorrt是否是这样的操作)。
PyTorch 源码解读之 BN & SyncBN:BN 与 多卡同步 BN 详解
BatchNorm原理 BatchNorm最早在全连接网络中提出,旨在对每个神经元的输入进行归一化操作。在卷积神经网络(CNN)中,这一原理被扩展为对每个卷积核的输入进行归一化,即在channel维度之外的所有维度上进行归一化。BatchNorm带来的优势包括提高网络的收敛速度、稳定训练过程、减少过拟合现象等。 BatchNorm的数学表达式为公式[1],引入缩放因子γ和移位因子β,作者在文章中解释了它们的作用。 PyTorch中与BatchNorm相关的类主要位于torch.nn.modules.batchnorm模块中,包括如下的类:_NormBase、BatchNormNd。 具体实现细节如下: _NormBase类定义了BN相关的一些属性。 初始化过程。 模拟BN的forward过程。 running_mean、running_var的更新逻辑。 γ、β参数的更新方式。 BN在eval模式下的行为。 BatchNormNd类包括BatchNorm1d、BatchNorm2d、BatchNorm3d,它们的区别在于检查输入的合法性,BatchNorm1d接受2D或3D的输入,BatchNorm2d接受4D的输入,BatchNorm3d接受5D的输入。 接着,介绍SyncBatchNorm的实现。 BN性能与batch size密切相关。在batch size较小的场景中,如检测任务,源码出售的网站源码内存占用较高,单张显卡难以处理较多,导致BN效果不佳。SyncBatchNorm提供了解决方案,其原理是所有计算设备共享同一组BN参数,从而获得全局统计量。 SyncBatchNorm在torch/nn/modules/batchnorm.py和torch/nn/modules/_functions.py中实现,前者负责输入合法性检查以及参数设置,后者负责单卡统计量计算和进程间通信。 SyncBatchNorm的forward过程。 复习方差计算方式。 单卡计算均值、方差,进行归一化处理。 同步所有卡的数据,得到全局均值mean_all和逆标准差invstd_all,计算全局统计量。 接着,介绍SyncBatchNorm的backward过程。 在backward过程中,需要在BN前后进行进程间通信。这在_functions.SyncBatchNorm中实现。 计算weight、bias的梯度以及γ、β,进一步用于计算梯度。PyTorch 源码解读之 torch.optim:优化算法接口详解
本文深入解读了 PyTorch 中的优化算法接口 torch.optim,主要包括优化器 Optimizer、学习率调整策略 LRScheduler 及 SWA 相关优化策略。以下为详细内容:
Optimizer 是所有优化器的基类,提供了初始化、更新参数、设置初始学习率等基本方法。在初始化优化器时,需要传入模型的可学习参数和超参数。Optimizer 的企业源码 php 源码下载核心方法包括:
1. 初始化函数:创建优化器时,需指定模型的可学习参数和超参数,如学习率、动量等。
2. add_param_group:允许为模型的不同可学习参数组设置不同的超参数,以适应不同的学习需求。
3. step:执行一次模型参数更新,需要闭包提供损失函数的梯度信息。
4. zero_grad:在更新参数前,清空参数的梯度信息。
5. state_dict 和 load_state_dict:用于序列化和反序列化优化器的状态,便于保存和加载模型的训练状态。
Optimizer 包括常见的优化器如 SGD、Adagrad、RMSprop 和 Adam,各有特点,适用于不同的应用场景。例如,SGD 适用于简单场景,而 Adam 则在处理大数据集时表现更优。
学习率调节器 lr_scheduler 则负责在训练过程中调整学习率,以适应模型的收敛过程。PyTorch 提供了多种学习率调整策略,如 StepLR、MultiStepLR、ExponentialLR 等,每种策略都有其特点和应用场景,如 StepLR 用于周期性调整学习率,以加速收敛。
SWA(随机权重平均)是一种优化算法,通过在训练过程中计算模型参数的平均值,可以得到更稳定的模型,提高泛化性能。SWA 涉及 AveragedModel 类,用于更新模型的平均参数,以及 update_bn 函数,用于在训练过程中更新批量归一化参数。
总结,torch.optim 提供了丰富的优化算法接口,可以根据模型训练的需求灵活选择和配置,以达到最佳的训练效果和泛化性能。通过深入理解这些优化器和学习率调整策略,开发者可以更有效地训练深度学习模型。
PyTorch源码学习 - ()模型的保存与加载
在PyTorch源码中,模型的保存与加载是通过`torch.save`和`torch.load`两个核心函数实现的。`torch.save`负责将一个Python对象持久化到磁盘文件,而`torch.load`则用于从磁盘文件中恢复对象。
在具体的实现中,`torch.save`会使用一系列辅助函数如`torch._opener`,`torch._open_zipfile_writer`,`torch._open_zipfile_writer_file`,`torch._open_zipfile_writer_buffer`等来操作文件和流。根据文件或内存缓冲区创建流容器,进行对象的保存。`torch._save`则进一步封装了文件的打开和写入过程,`torch._open_file_like`和`torch._open_file`用于管理文件句柄,`torch._open_buffer_writer`和`torch._open_buffer_reader`则封装了二进制流的读写。
对于模型加载,`torch.load`函数通过`torch._open_zipfile_reader`和`torch._weights_only_unpickler`实现。`torch._weights_only_unpickler`是定制的反序列化器,限制了处理的数据类型,确保安全加载模型权重。`torch._get_restore_location`和`torch.default_restore_location`则用于获取和设置恢复位置,以支持在多设备或分布式环境下的模型加载。
实现中,Python和C++的结合是关键,PyTorch使用`PyBind`实现C++和Python接口的绑定。`torch/_C/ __init__.pyi`用于定义Python中类型信息的模板,`torch/csrc/jit/python/init.cpp`则用于实现JIT(Just-In-Time)编译系统,将C++类对象绑定到Python环境,实现高效的动态编译。
在PyTorch中,Python主要负责管理C++对象,核心工作包括管理C++对象的生命周期、调用C++方法,以及处理Python层面的逻辑和接口定义。通过这样的结合,PyTorch实现了高性能和易用性的统一,为深度学习模型的开发和应用提供了强大支持。
整体来看,PyTorch的模型保存与加载机制通过精细的文件操作和对象管理,以及Python与C++的高效结合,确保了模型的高效持久化与灵活加载,为深度学习模型的开发与部署提供了坚实的底层支持。
PyTorch - DataLoader 源码解析(一)
本文为作者基于个人经验进行的初步解析,由于能力有限,可能存在遗漏或错误,敬请各位批评指正。
本文并未全面解析 DataLoader 的全部源码,仅对 DataLoader 与 Sampler 之间的联系进行了分析。以下内容均基于单线程迭代器代码展开,多线程情况将在后续文章中阐述。
以一个简单的数据集遍历代码为例,在循环中,数据是如何从 loader 中被取出的?通过断点调试,我们发现循环时,代码进入了 torch.utils.data.DataLoader 类的 __iter__() 方法,具体内容如下:
可以看到,该函数返回了一个迭代器,主要由 self._get_iterator() 和 self._iterator._reset(self) 提供。接下来,我们进入 self._get_iterator() 方法查看迭代器的产生过程。
在此方法中,根据 self.num_workers 的数量返回了不同的迭代器,主要区别在于多线程处理方式不同,但这两种迭代器都是继承自 _BaseDataLoaderIter 类。这里我们先看单线程下的例子,进入 _SingleProcessDataLoaderIter(self)。
构造函数并不复杂,在父类的构造器中执行了大量初始化属性,然后在自己的构造器中获得了一个 self._dataset_fetcher。此时继续单步前进断点,发现程序进入到了父类的 __next__() 方法中。
在分析代码之前,我们先整理一下目前得到的信息:
下面是 __next__() 方法的内容:
可以看到最后返回的是变量 data,而 data 是由 self._next_data() 生成的,进入这个方法,我们发现这个方法由子类负责实现。
在这个方法中,我们可以看到数据从 self._dataset_fecther.fetch() 中得到,需要依赖参数 index,而这个 index 由 self._next_index() 提供。进入这个方法可以发现它是由父类实现的。
而前面的 index 实际上是由这个 self._sampler_iter 迭代器提供的。查找 self._sampler_iter 的定义,我们发现其在构造函数中。
仔细观察,我们可以在倒数第 4 行发现 self._sampler_iter = iter(self._index_sampler),这个迭代器就是这里的 self._index_sampler 提供的,而 self._index_sampler 来自 loader._index_sampler。这个 loader 就是最外层的 DataLoader。因此我们回到 DataLoader 类中查看这个 _index_sampler 是如何得到的。
我们可以发现 _index_sampler 是一个由 @property 装饰得到的属性,会根据 self._auto_collation 来返回 self.batch_sampler 或者 self.sampler。再次整理已知信息,我们可以得到:
因此,只要知道 batch_sampler 和 sampler 如何返回 index,就能了解整个流程。
首先发现这两个属性来自 DataLoader 的构造函数,因此下面先分析构造函数。
由于构造函数代码量较大,因此这里只关注与 Sampler 相关的部分,代码如下:
在这里我们只关注以下部分:
代码首先检查了参数的合法性,然后进行了一轮初始化属性,接着判断了 dataset 的类型,处理完特殊情况。接下来,函数对参数冲突进行了判断,共判断了 3 种参数冲突:
检查完参数冲突后,函数开始创建 sampler 和 batch_sampler,如下图所示:
注意,仅当未指定 sampler 时才会创建 sampler;同理,仅在未指定 batch_sampler 且存在 batch_size 时才会创建 batch_sampler。
在 DataLoader 的构造函数中,如果不指定参数 batch_sampler,则默认创建 BatchSampler 对象。该对象需要一个 Sampler 对象作为参数参与构造。这也是在构造函数中,batch_sampler 与 sampler 冲突的原因之一。因为传入一个 batch_sampler 时,说明 sampler 已经作为参数完成了 batch_sampler 的构造,若再将 sampler 传入 DataLoader 是多余的。
以第一节中的简单代码为例,此时并未指定 Sampler 和 batch_sampler,也未指定 batch_size,默认为 1,因此在 DataLoader 构造时,创建了一个 SequencialSampler,并传入了 BatchSampler 进行构建。继续第一节中的断点,可以发现:
具体使用 sampler 还是 batch_sampler 来生成 index,取决于 _auto_collation,而从上面的代码发现,只要存在 self.batch_sampler 就永远使用 batch_sampler 来生成。batch_sampler 与 sampler 冲突的原因之二:若不设置冲突,那么使用者试图同时指定 batch_sampler 与 sampler 后,尤其是在使用者继承了新的 Sampler 子类后, sampler 在获取数据的时候完全没有被使用,这对开发者来说是一个困惑的现象,容易引起不易察觉的 BUG。
继续断点发现程序进入了 BatchSampler 的 __iter__() 方法,代码如下:
从代码中可以发现,程序不停地从 self.sampler 中获取 idx 加入列表,直到填满一个 batch 的量,并将这一整个 batch 的 index 返回到迭代器的 _next_data()。
此处由 self._dataset_fetcher.fetch(index) 来获取真正的数据,进入函数后看到:
这里依然根据 self.auto_collation(来自 DataLoader._auto_collation)进行分别处理,但是总体逻辑都是通过 self.dataset[] 来调用 Dataset 对象的 __getitem__() 方法。
此处的 Dataset 是来自 torchvision 的 DatasetFolder 对象,这里读取文件路径中的后,经过转换变为 Tensor 对象,与标签 target 一起返回。参数中的 index 是由迭代器的 self._dataset_fetcher.fetch() 传入。
整个获取数据的流程可以用以下流程图简略表示:
注意:
另附:
对于一条循环语句,在执行过程中发生了以下事件:
pytorch 源码解读进阶版 - 当你 import torch 的时候,你都干了些什么?(施工中)
使用PyTorch,无论是训练还是预测,你首先编写的代码通常如下所示:
依据Python代码的编写规则,导入逻辑将去相应的PyTorch site-package目录寻找__init__.py文件,具体路径为:${ python_path}/lib/python3.8/site-packages/torch/__init__.py
本章节聚焦于__init__.py 这个Python文件,从这里开始深入剖析,探究在一行简单的`import torch`命令背后,PyTorch是如何完成关键基础设置的初始化。
重点一:从`from torch._C import *`开始
在__init__.py 中,首先跳过一些系统环境的检查和判断逻辑,核心代码段为`from torch._C import *`,具体位置如下(github.com/pytorch/pytorch...):
这代表了典型的C++共享库初始化过程,遵循CPython代码组织规则,`torch._C`模块对应一个名为PyInit__C的函数。在文件torch/csrc/stub.c中,找到了此函数的相关定义(github.com/pytorch/pytorch...)。
initModule被视为PyTorch初始化过程中的第一层调用栈,深入探讨此函数中的关键内容。
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