1 神经网络框架

1.1 Module类的使用

NN (Neural network): 神经网络
Containers: 容器
Convolution Layers: 卷积层
Pooling layers: 池化层
Padding Layers: 填充层
Non-linear Activations (weighted sum, nonlinearity): 非线性激活
Non-linear Activations (other): 非线性激活
Normalization Layers: 归一化层
…

在这里插入图片描述

Containers 包括：
（1）Module：所有神经网络的基类

https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.Module.html#torch.nn.Module

Class torch.nn.Module(*args, **kwargs)

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

class Model(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 20, 5)
        self.conv2 = nn.Conv2d(20, 20, 5)

    def forward(self, inputX):
        x = F.relu(self.conv1(inputX))
        return F.relu(self.conv2(inputX))

forward函数内：relu()为激活函数，conv为卷积函数。输入inputX-> 卷积-> 非线性处理（relu）-> 卷积 ->非线性（relu）。

python代码：

from torch import nn
import torch


class MyNN(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()

    def forward(self, inputX):
        outputX = inputX + 1
        return outputX

mynn = MyNN()
x = torch.tensor(1.0)
output = mynn(x)
print(output)

输出结果：

tensor(2.)

1.2 二维卷积计算

在这里插入图片描述

二维卷积 conv2d()
输入和输出的矩阵类型都需要(N, C_{in}, H_{in}, W_{in})

输入图像1024x800，卷积核3x3，每次9个元素相乘后相加，不断向右移动并计算，移动到最右侧之后；然后向下移动并计算，移动到最下侧之后，完成卷积计算。

import torch
import torch.nn.functional as F

input = torch.tensor([[1, 2, 0, 3, 1],
                      [0, 1, 2, 3, 1],
                      [1, 2, 1, 0, 0],
                      [5, 2, 3, 1, 1],
                      [2, 1, 0, 1, 1]])
kernel = torch.tensor([[1, 2, 1],
                       [0, 1, 0],
                       [2, 1, 0]])
input = torch.reshape(input, (1, 1, 5, 5))
kernel = torch.reshape(kernel, (1, 1, 3, 3))

print("input:")
print(input)
print("kernel:")
print(kernel)

output = F.conv2d(input, kernel, stride=1)
print("output:")
print(output)

输出结果：

input:
tensor([[[[1, 2, 0, 3, 1],
          [0, 1, 2, 3, 1],
          [1, 2, 1, 0, 0],
          [5, 2, 3, 1, 1],
          [2, 1, 0, 1, 1]]]])
kernel:
tensor([[[[1, 2, 1],
          [0, 1, 0],
          [2, 1, 0]]]])
output:
tensor([[[[10, 12, 12],
          [18, 16, 16],
          [13,  9,  3]]]])

如果将步进stride修改为2。

output2 = F.conv2d(input, kernel, stride=2)
print("output2:")
print(output2)

输出结果为：

output2:
tensor([[[[10, 12],
          [13,  3]]]])

padding填充，将原图像的四周填充一圈0，这样的话，卷积计算的结果维度就会更大。
在这里插入图片描述

output3 = F.conv2d(input, kernel, stride=1, padding=1)
print("output3:")
print(output3)

输出的结果：

tensor([[[[ 1,  3,  4, 10,  8],
          [ 5, 10, 12, 12,  6],
          [ 7, 18, 16, 16,  8],
          [11, 13,  9,  3,  4],
          [14, 13,  9,  7,  4]]]])