模块

创建于：2021 年 2 月 4 日 | 最后更新于：2024 年 11 月 8 日

PyTorch 使用模块来表示神经网络。模块是

• 有状态计算的基本构建块。 PyTorch 提供了一个强大的模块库，并简化了自定义模块的定义，从而轻松构建复杂的多层神经网络。

• 与 PyTorch 的 自动微分 系统紧密集成。 模块简化了为 PyTorch 优化器更新的可学习参数的指定。

• 易于使用和转换。 模块易于保存和恢复，在 CPU / GPU / TPU 设备之间传输，修剪，量化等等。

本说明描述了模块，适用于所有 PyTorch 用户。由于模块是 PyTorch 的基本组成部分，因此本说明中的许多主题在其他说明或教程中都有详细阐述，并且此处也提供了许多这些文档的链接。

一个简单的自定义模块

首先，让我们来看一个 PyTorch 的 Linear 模块的更简单、自定义版本。此模块将其输入应用到仿射变换。

import torch
from torch import nn

class MyLinear(nn.Module):
  def __init__(self, in_features, out_features):
    super().__init__()
    self.weight = nn.Parameter(torch.randn(in_features, out_features))
    self.bias = nn.Parameter(torch.randn(out_features))

  def forward(self, input):
    return (input @ self.weight) + self.bias

这个简单的模块具有模块的基本特征

• 它继承自基础 Module 类。 所有模块都应继承自 Module，以便与其他模块进行组合。

• 它定义了一些用于计算的“状态”。 这里，状态由随机初始化的 weight 和 bias 张量组成，这些张量定义了仿射变换。由于每个张量都被定义为 Parameter，因此它们被注册到模块中，并将在调用 parameters() 时自动跟踪并返回。参数可以被认为是模块计算的“可学习”方面（稍后会详细介绍）。请注意，模块不要求具有状态，也可以是无状态的。

• 它定义了一个执行计算的 forward() 函数。 对于此仿射变换模块，输入与 weight 参数进行矩阵乘法（使用 @ 快捷符号），并添加到 bias 参数中以生成输出。更一般地说，模块的 forward() 实现可以执行涉及任意数量输入和输出的任意计算。

这个简单的模块演示了模块如何将状态和计算打包在一起。可以构造和调用此模块的实例

m = MyLinear(4, 3)
sample_input = torch.randn(4)
m(sample_input)
: tensor([-0.3037, -1.0413, -4.2057], grad_fn=<AddBackward0>)

请注意，模块本身是可调用的，并且调用它会调用其 forward() 函数。这指的是“前向传播”和“反向传播”的概念，这些概念适用于每个模块。“前向传播”负责将模块表示的计算应用于给定的输入（如上面的代码片段所示）。“反向传播”计算模块输出相对于其输入的梯度，可用于通过梯度下降方法“训练”参数。PyTorch 的自动微分系统会自动处理此反向传播计算，因此不需要手动实现每个模块的 backward() 函数。通过连续的前向/反向传播训练模块参数的过程在 使用模块进行神经网络训练 中详细介绍。

模块注册的完整参数集可以通过调用 parameters() 或 named_parameters() 进行迭代，后者包括每个参数的名称

for parameter in m.named_parameters():
  print(parameter)
: ('weight', Parameter containing:
tensor([[ 1.0597,  1.1796,  0.8247],
        [-0.5080, -1.2635, -1.1045],
        [ 0.0593,  0.2469, -1.4299],
        [-0.4926, -0.5457,  0.4793]], requires_grad=True))
('bias', Parameter containing:
tensor([ 0.3634,  0.2015, -0.8525], requires_grad=True))

通常，模块注册的参数是模块计算中应“学习”的方面。本说明的后面部分将展示如何使用 PyTorch 的优化器更新这些参数。但在我们进入之前，让我们先研究一下模块如何相互组合。

模块作为构建块

模块可以包含其他模块，使其成为开发更复杂功能的有用构建块。最简单的方法是使用 Sequential 模块。它允许我们将多个模块链接在一起

net = nn.Sequential(
  MyLinear(4, 3),
  nn.ReLU(),
  MyLinear(3, 1)
)

sample_input = torch.randn(4)
net(sample_input)
: tensor([-0.6749], grad_fn=<AddBackward0>)

请注意，Sequential 会自动将第一个 MyLinear 模块的输出作为输入馈送到 ReLU，并将该输出作为输入馈送到第二个 MyLinear 模块。如所示，它仅限于按顺序链接具有单个输入和输出的模块。

通常，建议为超出最简单用例的任何内容定义自定义模块，因为这可以完全灵活地使用子模块进行模块的计算。

例如，这是一个作为自定义模块实现的简单神经网络

import torch.nn.functional as F

class Net(nn.Module):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.l0 = MyLinear(4, 3)
    self.l1 = MyLinear(3, 1)
  def forward(self, x):
    x = self.l0(x)
    x = F.relu(x)
    x = self.l1(x)
    return x

该模块由两个“子模块”或“子模块”（l0 和 l1）组成，这些子模块定义了神经网络的层，并用于模块的 forward() 方法中的计算。模块的直接子模块可以通过调用 children() 或 named_children() 进行迭代

net = Net()
for child in net.named_children():
  print(child)
: ('l0', MyLinear())
('l1', MyLinear())

要深入到直接子模块之外，modules() 和 named_modules() 会递归地迭代模块及其子模块

class BigNet(nn.Module):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.l1 = MyLinear(5, 4)
    self.net = Net()
  def forward(self, x):
    return self.net(self.l1(x))

big_net = BigNet()
for module in big_net.named_modules():
  print(module)
: ('', BigNet(
  (l1): MyLinear()
  (net): Net(
    (l0): MyLinear()
    (l1): MyLinear()
  )
))
('l1', MyLinear())
('net', Net(
  (l0): MyLinear()
  (l1): MyLinear()
))
('net.l0', MyLinear())
('net.l1', MyLinear())

有时，模块需要动态定义子模块。ModuleList 和 ModuleDict 模块在这里很有用；它们从列表或字典注册子模块

class DynamicNet(nn.Module):
  def __init__(self, num_layers):
    super().__init__()
    self.linears = nn.ModuleList(
      [MyLinear(4, 4) for _ in range(num_layers)])
    self.activations = nn.ModuleDict({
      'relu': nn.ReLU(),
      'lrelu': nn.LeakyReLU()
    })
    self.final = MyLinear(4, 1)
  def forward(self, x, act):
    for linear in self.linears:
      x = linear(x)
      x = self.activations[act](x)
    x = self.final(x)
    return x

dynamic_net = DynamicNet(3)
sample_input = torch.randn(4)
output = dynamic_net(sample_input, 'relu')

对于任何给定的模块，其参数由其直接参数以及所有子模块的参数组成。这意味着对 parameters() 和 named_parameters() 的调用将递归地包含子参数，从而可以方便地优化网络中的所有参数

for parameter in dynamic_net.named_parameters():
  print(parameter)
: ('linears.0.weight', Parameter containing:
tensor([[-1.2051,  0.7601,  1.1065,  0.1963],
        [ 3.0592,  0.4354,  1.6598,  0.9828],
        [-0.4446,  0.4628,  0.8774,  1.6848],
        [-0.1222,  1.5458,  1.1729,  1.4647]], requires_grad=True))
('linears.0.bias', Parameter containing:
tensor([ 1.5310,  1.0609, -2.0940,  1.1266], requires_grad=True))
('linears.1.weight', Parameter containing:
tensor([[ 2.1113, -0.0623, -1.0806,  0.3508],
        [-0.0550,  1.5317,  1.1064, -0.5562],
        [-0.4028, -0.6942,  1.5793, -1.0140],
        [-0.0329,  0.1160, -1.7183, -1.0434]], requires_grad=True))
('linears.1.bias', Parameter containing:
tensor([ 0.0361, -0.9768, -0.3889,  1.1613], requires_grad=True))
('linears.2.weight', Parameter containing:
tensor([[-2.6340, -0.3887, -0.9979,  0.0767],
        [-0.3526,  0.8756, -1.5847, -0.6016],
        [-0.3269, -0.1608,  0.2897, -2.0829],
        [ 2.6338,  0.9239,  0.6943, -1.5034]], requires_grad=True))
('linears.2.bias', Parameter containing:
tensor([ 1.0268,  0.4489, -0.9403,  0.1571], requires_grad=True))
('final.weight', Parameter containing:
tensor([[ 0.2509], [-0.5052], [ 0.3088], [-1.4951]], requires_grad=True))
('final.bias', Parameter containing:
tensor([0.3381], requires_grad=True))

使用 to() 还可以轻松地将所有参数移动到不同的设备或更改其精度

# Move all parameters to a CUDA device
dynamic_net.to(device='cuda')

# Change precision of all parameters
dynamic_net.to(dtype=torch.float64)

dynamic_net(torch.randn(5, device='cuda', dtype=torch.float64))
: tensor([6.5166], device='cuda:0', dtype=torch.float64, grad_fn=<AddBackward0>)

更一般地说，可以使用 apply() 函数递归地将任意函数应用于模块及其子模块。例如，要将自定义初始化应用于模块及其子模块的参数

# Define a function to initialize Linear weights.
# Note that no_grad() is used here to avoid tracking this computation in the autograd graph.
@torch.no_grad()
def init_weights(m):
  if isinstance(m, nn.Linear):
    nn.init.xavier_normal_(m.weight)
    m.bias.fill_(0.0)

# Apply the function recursively on the module and its submodules.
dynamic_net.apply(init_weights)

这些示例展示了如何通过模块组合和方便操作来形成复杂的神经网络。为了允许快速轻松地构建具有最少样板代码的神经网络，PyTorch 在 torch.nn 命名空间中提供了一个大型高性能模块库，这些模块执行常见的神经网络操作，例如池化、卷积、损失函数等。

在下一节中，我们给出了训练神经网络的完整示例。

有关更多信息，请查看

• PyTorch 提供的模块库：torch.nn

• 定义神经网络模块：https://pytorch.ac.cn/tutorials/beginner/examples_nn/polynomial_module.html

使用模块进行神经网络训练

构建网络后，必须对其进行训练，并且可以使用来自 torch.optim 的 PyTorch 优化器之一轻松优化其参数

# Create the network (from previous section) and optimizer
net = Net()
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=1e-4, weight_decay=1e-2, momentum=0.9)

# Run a sample training loop that "teaches" the network
# to output the constant zero function
for _ in range(10000):
  input = torch.randn(4)
  output = net(input)
  loss = torch.abs(output)
  net.zero_grad()
  loss.backward()
  optimizer.step()

# After training, switch the module to eval mode to do inference, compute performance metrics, etc.
# (see discussion below for a description of training and evaluation modes)
...
net.eval()
...

在这个简化的例子中，网络学习简单地输出零，因为任何非零输出都会根据其绝对值受到“惩罚”，通过使用 torch.abs() 作为损失函数来实现。虽然这不是一个有趣的任务，但训练的关键部分都存在

• 创建一个网络。

• 创建一个优化器（在本例中，是随机梯度下降优化器），并将网络的参数与它关联。

• 一个训练循环…

  • 获取一个输入，

  • 运行网络，

  • 计算一个损失，

  • 将网络的参数梯度归零，

  • 调用 loss.backward() 来更新参数的梯度，

  • 调用 optimizer.step() 来将梯度应用于参数。

在运行完上述代码片段后，请注意网络的参数已经改变。特别是，检查 l1 的 weight 参数的值，会发现它们现在更接近于 0（正如预期的那样）

print(net.l1.weight)
: Parameter containing:
tensor([[-0.0013],
        [ 0.0030],
        [-0.0008]], requires_grad=True)

请注意，上述过程完全在网络模块处于“训练模式”下完成。模块默认处于训练模式，可以使用 train() 和 eval() 在训练和评估模式之间切换。它们在不同的模式下可能表现不同。例如，BatchNorm 模块在训练期间维护一个运行均值和方差，这些均值和方差在模块处于评估模式时不会更新。通常，模块在训练期间应处于训练模式，并且仅在推理或评估时切换到评估模式。以下是一个在两种模式下表现不同的自定义模块的示例

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

  def forward(self, x):
    if self.training:
      # Add a constant only in training mode.
      return x + 1.
    else:
      return x


m = ModalModule()
x = torch.randn(4)

print('training mode output: {}'.format(m(x)))
: tensor([1.6614, 1.2669, 1.0617, 1.6213, 0.5481])

m.eval()
print('evaluation mode output: {}'.format(m(x)))
: tensor([ 0.6614,  0.2669,  0.0617,  0.6213, -0.4519])

训练神经网络通常可能很棘手。有关更多信息，请查看

• 使用优化器：https://pytorch.ac.cn/tutorials/beginner/examples_nn/two_layer_net_optim.html。

• 神经网络训练：https://pytorch.ac.cn/tutorials/beginner/blitz/neural_networks_tutorial.html

• 自动求导简介：https://pytorch.ac.cn/tutorials/beginner/blitz/autograd_tutorial.html

模块状态

在上一节中，我们演示了训练模块的“参数”，即计算的可学习方面。现在，如果我们想将训练好的模型保存到磁盘，我们可以通过保存其 state_dict（即“状态字典”）来实现

# Save the module
torch.save(net.state_dict(), 'net.pt')

...

# Load the module later on
new_net = Net()
new_net.load_state_dict(torch.load('net.pt'))
: <All keys matched successfully>

模块的 state_dict 包含影响其计算的状态。这包括但不限于模块的参数。对于某些模块，拥有超出参数范围的状态可能是有用的，这些状态会影响模块计算但不可学习。对于这种情况，PyTorch 提供了“缓冲区”的概念，包括“持久”和“非持久”缓冲区。以下是模块可以拥有的各种类型状态的概述

• 参数：计算的可学习方面；包含在 state_dict 中

• 缓冲区：计算的不可学习方面

  • 持久缓冲区：包含在 state_dict 中（即在保存和加载时序列化）

  • 非持久缓冲区：不包含在 state_dict 中（即排除在序列化之外）

作为一个使用缓冲区的示例，考虑一个维护运行均值的简单模块。我们希望运行均值的当前值被视为模块的 state_dict 的一部分，以便在加载模块的序列化形式时将其恢复，但我们不希望它可学习。此代码片段显示了如何使用 register_buffer() 来实现这一点

class RunningMean(nn.Module):
  def __init__(self, num_features, momentum=0.9):
    super().__init__()
    self.momentum = momentum
    self.register_buffer('mean', torch.zeros(num_features))
  def forward(self, x):
    self.mean = self.momentum * self.mean + (1.0 - self.momentum) * x
    return self.mean

现在，运行均值的当前值被视为模块的 state_dict 的一部分，并在从磁盘加载模块时正确恢复

m = RunningMean(4)
for _ in range(10):
  input = torch.randn(4)
  m(input)

print(m.state_dict())
: OrderedDict([('mean', tensor([ 0.1041, -0.1113, -0.0647,  0.1515]))]))

# Serialized form will contain the 'mean' tensor
torch.save(m.state_dict(), 'mean.pt')

m_loaded = RunningMean(4)
m_loaded.load_state_dict(torch.load('mean.pt'))
assert(torch.all(m.mean == m_loaded.mean))

如前所述，可以通过将它们标记为非持久来将缓冲区排除在模块的 state_dict 之外

self.register_buffer('unserialized_thing', torch.randn(5), persistent=False)

持久缓冲区和非持久缓冲区都受到使用 to() 应用的模型范围内的设备/dtype 更改的影响

# Moves all module parameters and buffers to the specified device / dtype
m.to(device='cuda', dtype=torch.float64)

可以使用 buffers() 或 named_buffers() 迭代模块的缓冲区。

for buffer in m.named_buffers():
  print(buffer)

以下类演示了在模块内注册参数和缓冲区的各种方法

class StatefulModule(nn.Module):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    # Setting a nn.Parameter as an attribute of the module automatically registers the tensor
    # as a parameter of the module.
    self.param1 = nn.Parameter(torch.randn(2))

    # Alternative string-based way to register a parameter.
    self.register_parameter('param2', nn.Parameter(torch.randn(3)))

    # Reserves the "param3" attribute as a parameter, preventing it from being set to anything
    # except a parameter. "None" entries like this will not be present in the module's state_dict.
    self.register_parameter('param3', None)

    # Registers a list of parameters.
    self.param_list = nn.ParameterList([nn.Parameter(torch.randn(2)) for i in range(3)])

    # Registers a dictionary of parameters.
    self.param_dict = nn.ParameterDict({
      'foo': nn.Parameter(torch.randn(3)),
      'bar': nn.Parameter(torch.randn(4))
    })

    # Registers a persistent buffer (one that appears in the module's state_dict).
    self.register_buffer('buffer1', torch.randn(4), persistent=True)

    # Registers a non-persistent buffer (one that does not appear in the module's state_dict).
    self.register_buffer('buffer2', torch.randn(5), persistent=False)

    # Reserves the "buffer3" attribute as a buffer, preventing it from being set to anything
    # except a buffer. "None" entries like this will not be present in the module's state_dict.
    self.register_buffer('buffer3', None)

    # Adding a submodule registers its parameters as parameters of the module.
    self.linear = nn.Linear(2, 3)

m = StatefulModule()

# Save and load state_dict.
torch.save(m.state_dict(), 'state.pt')
m_loaded = StatefulModule()
m_loaded.load_state_dict(torch.load('state.pt'))

# Note that non-persistent buffer "buffer2" and reserved attributes "param3" and "buffer3" do
# not appear in the state_dict.
print(m_loaded.state_dict())
: OrderedDict([('param1', tensor([-0.0322,  0.9066])),
               ('param2', tensor([-0.4472,  0.1409,  0.4852])),
               ('buffer1', tensor([ 0.6949, -0.1944,  1.2911, -2.1044])),
               ('param_list.0', tensor([ 0.4202, -0.1953])),
               ('param_list.1', tensor([ 1.5299, -0.8747])),
               ('param_list.2', tensor([-1.6289,  1.4898])),
               ('param_dict.bar', tensor([-0.6434,  1.5187,  0.0346, -0.4077])),
               ('param_dict.foo', tensor([-0.0845, -1.4324,  0.7022])),
               ('linear.weight', tensor([[-0.3915, -0.6176],
                                         [ 0.6062, -0.5992],
                                         [ 0.4452, -0.2843]])),
               ('linear.bias', tensor([-0.3710, -0.0795, -0.3947]))])

有关更多信息，请查看

• 保存和加载：https://pytorch.ac.cn/tutorials/beginner/saving_loading_models.html

• 序列化语义：https://pytorch.ac.cn/docs/stable/notes/serialization.html

• 什么是 state dict？https://pytorch.ac.cn/tutorials/recipes/recipes/what_is_state_dict.html

模块初始化

默认情况下，由 torch.nn 提供的模块的参数和浮点缓冲区在模块实例化期间初始化为 CPU 上的 32 位浮点值，并使用历史悠久且对模块类型表现良好的初始化方案。对于某些用例，可能希望使用不同的 dtype、设备（例如 GPU）或初始化技术进行初始化。

示例

# Initialize module directly onto GPU.
m = nn.Linear(5, 3, device='cuda')

# Initialize module with 16-bit floating point parameters.
m = nn.Linear(5, 3, dtype=torch.half)

# Skip default parameter initialization and perform custom (e.g. orthogonal) initialization.
m = torch.nn.utils.skip_init(nn.Linear, 5, 3)
nn.init.orthogonal_(m.weight)

请注意，上述设备和 dtype 选项也适用于为模块注册的任何浮点缓冲区

m = nn.BatchNorm2d(3, dtype=torch.half)
print(m.running_mean)
: tensor([0., 0., 0.], dtype=torch.float16)

虽然模块编写者可以使用任何设备或 dtype 来初始化其自定义模块中的参数，但良好的做法也是默认使用 dtype=torch.float 和 device='cpu'。可选地，您可以为自定义模块提供这些领域的完全灵活性，方法是遵循上述所有 torch.nn 模块都遵循的约定

• 提供一个 device 构造函数关键字参数，该参数适用于模块注册的任何参数/缓冲区。

• 提供一个 dtype 构造函数关键字参数，该参数适用于模块注册的任何参数/浮点缓冲区。

• 仅在模块的构造函数中使用初始化函数（即来自 torch.nn.init 的函数）来初始化参数和缓冲区。请注意，这仅需要使用 skip_init()；有关说明，请参阅 此页面。

有关更多信息，请查看

• 跳过模块参数初始化：https://pytorch.ac.cn/tutorials/prototype/skip_param_init.html

模块钩子

在 使用模块训练神经网络 中，我们演示了模块的训练过程，该过程迭代执行前向和后向传递，每次迭代更新模块参数。为了对该过程进行更多控制，PyTorch 提供了“钩子”，可以在前向或后向传递期间执行任意计算，甚至可以修改传递方式（如果需要）。此功能的一些有用示例包括调试、可视化激活、深入检查梯度等。钩子可以添加到您未编写的模块，这意味着此功能可以应用于第三方或 PyTorch 提供的模块。

PyTorch 为模块提供了两种类型的钩子

• 前向钩子在正向传递期间调用。可以使用 register_forward_pre_hook() 和 register_forward_hook() 为给定的模块安装。这些钩子将在调用前向函数之前和之后分别调用。或者，可以使用类似的 register_module_forward_pre_hook() 和 register_module_forward_hook() 函数全局为所有模块安装这些钩子。

• 反向钩子在反向传递期间调用。可以使用 register_full_backward_pre_hook() 和 register_full_backward_hook() 安装。这些钩子将在该模块的反向传播计算完成后调用。register_full_backward_pre_hook() 将允许用户访问输出的梯度，而 register_full_backward_hook() 将允许用户访问输入和输出的梯度。或者，可以使用 register_module_full_backward_hook() 和 register_module_full_backward_pre_hook() 全局为所有模块安装它们。

所有钩子都允许用户返回一个更新后的值，该值将在剩余的计算中使用。因此，这些钩子可用于在常规模块前向/后向传播过程中执行任意代码，或修改某些输入/输出，而无需更改模块的 forward() 函数。

以下示例演示了前向和后向钩子的用法

torch.manual_seed(1)

def forward_pre_hook(m, inputs):
  # Allows for examination and modification of the input before the forward pass.
  # Note that inputs are always wrapped in a tuple.
  input = inputs[0]
  return input + 1.

def forward_hook(m, inputs, output):
  # Allows for examination of inputs / outputs and modification of the outputs
  # after the forward pass. Note that inputs are always wrapped in a tuple while outputs
  # are passed as-is.

  # Residual computation a la ResNet.
  return output + inputs[0]

def backward_hook(m, grad_inputs, grad_outputs):
  # Allows for examination of grad_inputs / grad_outputs and modification of
  # grad_inputs used in the rest of the backwards pass. Note that grad_inputs and
  # grad_outputs are always wrapped in tuples.
  new_grad_inputs = [torch.ones_like(gi) * 42. for gi in grad_inputs]
  return new_grad_inputs

# Create sample module & input.
m = nn.Linear(3, 3)
x = torch.randn(2, 3, requires_grad=True)

# ==== Demonstrate forward hooks. ====
# Run input through module before and after adding hooks.
print('output with no forward hooks: {}'.format(m(x)))
: output with no forward hooks: tensor([[-0.5059, -0.8158,  0.2390],
                                        [-0.0043,  0.4724, -0.1714]], grad_fn=<AddmmBackward>)

# Note that the modified input results in a different output.
forward_pre_hook_handle = m.register_forward_pre_hook(forward_pre_hook)
print('output with forward pre hook: {}'.format(m(x)))
: output with forward pre hook: tensor([[-0.5752, -0.7421,  0.4942],
                                        [-0.0736,  0.5461,  0.0838]], grad_fn=<AddmmBackward>)

# Note the modified output.
forward_hook_handle = m.register_forward_hook(forward_hook)
print('output with both forward hooks: {}'.format(m(x)))
: output with both forward hooks: tensor([[-1.0980,  0.6396,  0.4666],
                                          [ 0.3634,  0.6538,  1.0256]], grad_fn=<AddBackward0>)

# Remove hooks; note that the output here matches the output before adding hooks.
forward_pre_hook_handle.remove()
forward_hook_handle.remove()
print('output after removing forward hooks: {}'.format(m(x)))
: output after removing forward hooks: tensor([[-0.5059, -0.8158,  0.2390],
                                               [-0.0043,  0.4724, -0.1714]], grad_fn=<AddmmBackward>)

# ==== Demonstrate backward hooks. ====
m(x).sum().backward()
print('x.grad with no backwards hook: {}'.format(x.grad))
: x.grad with no backwards hook: tensor([[ 0.4497, -0.5046,  0.3146],
                                         [ 0.4497, -0.5046,  0.3146]])

# Clear gradients before running backward pass again.
m.zero_grad()
x.grad.zero_()

m.register_full_backward_hook(backward_hook)
m(x).sum().backward()
print('x.grad with backwards hook: {}'.format(x.grad))
: x.grad with backwards hook: tensor([[42., 42., 42.],
                                      [42., 42., 42.]])

高级功能

PyTorch 还提供了几个更高级的功能，这些功能旨在与模块一起使用。所有这些功能都适用于自定义编写的模块，但需要注意的是，某些功能可能需要模块符合特定约束才能得到支持。关于这些功能及其相应要求的深入讨论，请参阅下方的链接。

分布式训练

PyTorch 中存在各种分布式训练方法，既可以利用多个 GPU 扩展训练规模，也可以跨多台机器进行训练。请查看 分布式训练概述页面，以获取有关如何使用这些方法的详细信息。

性能分析

PyTorch Profiler 可以帮助识别模型中的性能瓶颈。它测量并输出内存使用情况和所花费时间等性能特征。

使用量化提高性能

将量化技术应用于模块可以通过使用低于浮点精度的较低位宽来提高性能和内存使用率。请查看 PyTorch 提供的各种量化机制 此处。

使用剪枝优化内存使用

大型深度学习模型通常参数过多，导致内存使用量高。为了解决这个问题，PyTorch 提供了模型剪枝机制，可以在保持任务准确性的同时帮助减少内存使用量。 剪枝教程 介绍了如何使用 PyTorch 提供的剪枝技术或根据需要定义自定义剪枝技术。

参数化

对于某些应用程序，在模型训练期间约束参数空间可能是有益的。例如，强制学习参数的正交性可以提高 RNN 的收敛性。PyTorch 提供了一种应用 参数化（例如这种参数化）的机制，并进一步允许定义自定义约束。

使用 FX 转换模块

PyTorch 的 FX 组件提供了一种灵活的方式来通过直接操作模块计算图来转换模块。这可用于以编程方式生成或操作模块，以满足广泛的使用案例。要探索 FX，请查看这些使用 FX 进行 卷积 + 批归一化融合 和 CPU 性能分析 的示例。