PyTorch学习笔记-Non-linear Activations与Linear Layers

1. Non-linear Activations

非线性激活函数官方文档：Non-linear Activations。

有深度学习基础的同学应该知道最常用的非线性激活函数就是 ReLU 和 Sigmoid 函数，多分类问题会在输出层使用 Softmax 函数。这三个函数在 PyTorch 中分别为 nn.ReLU、nn.Sigmoid 和 nn.Softmax。

这两个函数的输入都是只需指明 batch_size 即可，在 PyTorch1.0 之后的版本任何形状的数据都能被计算，无需指定 batch_size。

nn.ReLU 只有一个需要设置的参数 inplace，如果为 True 表示计算结果直接替换到输入数据上，例如：

input = -1
nn.ReLU(input, inplace=True)
# input = 0

构建 ReLU 层代码如下：

import torch
import torch.nn as nn

class Network(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Network, self).__init__()
        self.relu1 = nn.ReLU()

    def forward(self, input):
        output = self.relu1(input)
        return output

network = Network()

input = torch.tensor([
    [1, -0.5],
    [-1, 3]
])

output = network(input)
print(output)
# tensor([[1., 0.],
#         [0., 3.]])

然后我们使用 Sigmoid 对图像进行处理：

from torchvision import transforms, datasets
from torch.utils.data import DataLoader
from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter
import torch.nn as nn

class Network(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Network, self).__init__()
        self.sigmoid1 = nn.Sigmoid()

    def forward(self, input):
        output = self.sigmoid1(input)
        return output

test_set = datasets.CIFAR10('dataset/CIFAR10', train=False, transform=transforms.ToTensor())
data_loader = DataLoader(test_set, batch_size=64)

network = Network()

writer = SummaryWriter('logs')

for step, data in enumerate(data_loader):
    imgs, targets = data
    output = network(imgs)
    writer.add_images('input', imgs, step)
    writer.add_images('output', output, step)

writer.close()

结果如下：

在这里插入图片描述

非线性激活的目的是为了在网络中引入一些非线性特征，因为非线性特征越多才能训练出符合各种曲线（特征）的模型。

2. Linear Layers

线性层官方文档：Linear Layers。

PyTorch 的 nn.Linear 是用于设置网络中的全连接层的，需要注意的是全连接层的输入与输出都是二维张量，一般形状为：[batch_size, size]，不同于卷积层要求输入输出是四维张量，因此在将图像传入全连接层之前一般都会展开成一维的。

nn.Linear 有三个参数分别如下：

in_features：指的是输入的二维张量的大小，即输入的 [batch_size, size] 中的 size。
out_features：指的是输出的二维张量的大小，即输出的二维张量的形状为 [batch_size, output_size]，当然，它也代表了该全连接层的神经元个数。从输入输出的张量的 shape 角度来理解，相当于一个输入为 [batch_size, in_features] 的张量变换成了 [batch_size, out_features] 的输出张量。
bias：偏置，相当于 y = ax + b 中的 b。

代码示例如下：

import torch
import torch.nn as nn

class Network(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Network, self).__init__()
        self.linear1 = nn.Linear(24, 30)

    def forward(self, input):
        output = self.linear1(input)
        return output

input = torch.tensor([
    [1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0],
    [0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3],
    [3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2],
], dtype=torch.float32)

print(input.shape)  # torch.Size([3, 8])

input = torch.flatten(input)  # 将 input 拉平成一维

print(input.shape)  # torch.Size([24])

network = Network()

output = network(input)
print(output.shape)  # torch.Size([30])