是否有等同于 torch.nn.Sequential 的 `Split`？

Question

Sequential 块的示例代码是

self._encoder = nn.Sequential(
        # 1, 28, 28
        nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=32, kernel_size=3, stride=3, padding=1),
        # 32, 10, 10 = 16, (1//3)(28 + 2 * 1 - 3) + 1, (1//3)(28 + 2*1 - 3) + 1
        nn.ReLU(True),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2),
        # 32, 5, 5
        nn.Conv2d(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=3, stride=2, padding=1),
        # 64, 3, 3
        nn.ReLU(True),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=1),
        # 64, 2, 2
)

是否有像 nn.Sequential 这样的结构将模块并行？

我现在想定义类似

的东西

self._mean_logvar_layers = nn.Parallel(
    nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
    nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
)

其输出应该是两个数据管道 - self._mean_logvar_layers 中的每个元素一个，然后可馈送到网络的其余部分。有点像多头网络。

我当前的实现：

self._mean_layer = nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0)
self._logvar_layer = nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0)

和

def _encode(self, x: torch.Tensor) -> Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]:
    for i, layer in enumerate(self._encoder):
        x = layer(x)

    mean_output = self._mean_layer(x)
    logvar_output = self._logvar_layer(x)

    return mean_output, logvar_output

我想将并行构造视为一个层。

这在 PyTorch 中可行吗？

Answer 1

顺序拆分

你可以做的是创建一个 Parallel 模块（虽然我会以不同的方式命名它，因为它暗示这段代码实际上是并行运行的，可能 Split 会是一个好名字）像这样：

class Parallel(torch.nn.Module):
    def __init__(self, *modules: torch.nn.Module):
        super().__init__()
        self.modules = modules

    def forward(self, inputs):
        return [module(inputs) for module in self.modules]

现在你可以随心所欲地定义它了：

self._mean_logvar_layers = Parallel(
    nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
    nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
)

并像这样使用它：

mean, logvar = self._mean_logvar_layers(x)

一层再拆分

正如 @xdurch0 所建议的那样，我们可以使用单层并跨通道拆分，使用此模块：

class Split(torch.nn.Module):
    def __init__(self, module, parts: int, dim=1):
        super().__init__()
        self.parts
        self.dim = dim
        self.module = module

    def forward(self, inputs):
        output = self.module(inputs)
        chunk_size = output.shape[self.dim] // self.parts
        return torch.split(output, chunk_size, dim=self.dim)

这在你的神经网络中（注意 128 通道，它们将被分成 2 部分，每个部分的大小为 64）：

self._mean_logvar_layers = Split(
    nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=128, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
    parts=2,
)

并像以前一样使用它：

mean, logvar = self._mean_logvar_layers(x)

为什么采用这种方法？

一切都将一举完成，而不是依次完成，因此速度更快，但如果您没有足够的 GPU 内存，可能会太宽。

它可以与 Sequential 一起使用吗？

对，还是一层。但是下一层必须使用 tuple(torch.Tensor, torch.Tensor) 作为输入。

Sequential也是一层，很简单的一层，看forward:

def forward(self, inp):
    for module in self:
        inp = module(inp)
    return inp

它只是将前一个模型的输出传递给下一个模型，仅此而已。

Answer 2

根据@Szymon Maszke 的出色回答，这里是完整的相关代码，经过所有扩充后：

class Split(torch.nn.Module):
    """
    

    models a split in the network. works with convolutional models (not FC).
    specify out channels for the model to divide by n_parts.
    """
    def __init__(self, module, n_parts: int, dim=1):
        super().__init__()
        self._n_parts = n_parts
        self._dim = dim
        self._module = module

    def forward(self, inputs):
        output = self._module(inputs)
        chunk_size = output.shape[self._dim] // self._n_parts
        return torch.split(output, chunk_size, dim=self._dim)


class Unite(torch.nn.Module):
    """
    put this between two Splits to allow them to coexist in sequence.
    """
    def __init__(self):
        super(Unite, self).__init__()

    def forward(self, inputs):
        return torch.cat(inputs, dim=1)

以及用法：

class VAEConv(VAEBase):
    ...
    ...
    ...

    def __init__():
        ...
        ...
        ...
        self._encoder = nn.Sequential(
        # 1, 28, 28
        nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=32, kernel_size=3, stride=3, padding=1),
        # 32, 10, 10 = 16, (1//3)(28 + 2 * 1 - 3) + 1, (1//3)(28 + 2*1 - 3) + 1
        nn.ReLU(True),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2),
        # 32, 5, 5
        nn.Conv2d(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=3, stride=2, padding=1),
        # 64, 3, 3
        nn.ReLU(True),
        nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=1),
        Split(
                # notice out_channels are double of real desired out_channels
                nn.Conv2d(in_channels=64, out_channels=128, kernel_size=2, stride=1, padding=0),
                n_parts=2,
        ),
        Unite(),
        Split(
                nn.Flatten(start_dim=1, end_dim=-1),
                n_parts=2
        ),
    )

    def _encode(self, x: torch.Tensor) -> Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]:
        for i, layer in enumerate(self._encoder):
            x = layer(x)

        mean_output, logvar_output = x
        return mean_output, logvar_output

这现在允许对 VAE 进行子类化并在 init 时间定义不同的编码器。

是否有等同于 torch.nn.Sequential 的 `Split`？

Is there a `Split` equivalent to torch.nn.Sequential?

python

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pytorch

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顺序拆分

一层再拆分

为什么采用这种方法？

它可以与 Sequential 一起使用吗？