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在PyTorch中，torch.nn.Module 和 torch.nn.functional 通常一起使用来定义神经网络模型

• torch.nn.Module 主要用于定义可学习的模型参数和组织神经网络的结构

• torch.nn.functional提供了一系列的函数，这些函数可以用于构建前向传播的各个组件，但它们不包含可学习的参数。

1. torch.nn.functional

• torch.nn.functional模块包含了一系列的函数，这些函数不包含可学习的参数。它们是纯函数，只处理输入数据并返回输出。
• 这个模块中的函数可以用于构建自定义网络的前向传播操作，但是不同于torch.nn.Module，torch.nn.functional中的函数没有可学习参数（parameters）
• 通常 torch.nn.functional中的函数被用于在torch.nn.Module的前向传播方法中执行一些非学习的操作，例如激活函数、池化等。

  1）以 torch.nn.functional.linear 举例

output = torch.nn.functional.linear(input, weight, bias=None)

• input：输入张量，形状为 (N, in_features)

• weight：权重矩阵，形状为 (out_features, in_features)

• bias：偏置向量，形状为 (out_features) 。 如果不提供偏置，可以将此参数设为 None。

  2）使用举例

import torch
import torch.nn.functional as Ftorch.manual_seed(11)
output = F.linear(torch.rand(1, 10), weight=torch.rand(5, 10))
print(output)   # tensor([[2.8882, 2.9767, 2.3277, 2.3751, 2.8311]])

• weight 为必填参数，为不可学习参数，需要人为指定 对应尺寸的确定值。

• bias 为选填值，为不可学习参数，需要人为指定 对应尺寸的确定值。

  3）内部实现

import torchdef linear(input, weight, bias=None):if input.dim() == 2 and bias is not None:# 使用torch.addmm()函数实现矩阵相乘和加法return torch.addmm(bias, input, weight.t())output = input.matmul(weight.t())if bias is not None:# 使用torch.add()函数实现加法output += biasreturn output

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2.torch.nn.Module

torch.nn.Module类是 PyTorch 中构建神经网络模型的基类，具有如下功能与特点：

• 参数管理： torch.nn.Module提供了方便的方法来管理模型中的可学习参数。模型中的每个可学习的参数都是torch.nn.Parameter对象，并且这些参数在模型的parameters()方法中进行追踪。这样，优化器就能够找到所有需要更新的参数。

• 子模块组织： torch.nn.Module支持嵌套的子模块，这使得模型可以被分解成更小的、可管理的组件。子模块可以通过self.add_module()方法添加，这样它们的参数也会被正确地注册。

• 前向传播定义： 在torch.nn.Module的子类中，可以通过实现forward方法来定义模型的前向传播逻辑。这种明确的前向传播定义使得 PyTorch 能够自动构建计算图

• 状态管理： torch.nn.Module能够跟踪模型的状态，例如模型是否处于训练模式(model.train())或评估模式(model.eval())。这对于某些层来说尤为重要（例如Dropout 层、BatchNorm层）

• 模型保存和加载： torch.nn.Module 提供了方便的方法来保存和加载整个模型或其部分。这对于在训练期间保存模型、迁移学习以及模型的部署都是重要的。

• torch.nn模块提供的Module类，是PyTorch中构建神经网络模型的基类

• torch.nn.Module类提供了一种方便的方式来组织和管理模型的参数

• 用户可以通过继承torch.nn.Module来创建自定义的神经网络模型。 支持将层（layers）、激活函数等组件构建成计算图 ，然后 通过 forward 方法 实现前向传播，在反向传播的时候，也可以自动的帮我们去 更新相关的参数

1）内部实现

class Linear(Module):__constants__ = ['in_features', 'out_features']in_features: intout_features: intweight: Tensordef __init__(self, in_features: int, out_features: int, bias: bool = True,device=None, dtype=None) -> None:factory_kwargs = {'device': device, 'dtype': dtype}super().__init__()self.in_features = in_featuresself.out_features = out_featuresself.weight = Parameter(torch.empty((out_features, in_features), **factory_kwargs))if bias:self.bias = Parameter(torch.empty(out_features, **factory_kwargs))else:self.register_parameter('bias', None)self.reset_parameters()def reset_parameters(self) -> None:init.kaiming_uniform_(self.weight, a=math.sqrt(5))if self.bias is not None:fan_in, _ = init._calculate_fan_in_and_fan_out(self.weight)bound = 1 / math.sqrt(fan_in) if fan_in > 0 else 0init.uniform_(self.bias, -bound, bound)def forward(self, input: Tensor) -> Tensor:return F.linear(input, self.weight, self.bias)def extra_repr(self) -> str:return 'in_features={}, out_features={}, bias={}'.format(self.in_features, self.out_features, self.bias is not None)

2）使用举例

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torchinfoclass MyModel(nn.Module):def __init__(self):super(MyModel, self).__init__()self.fc = nn.Linear(10, 5)self.relu = nn.ReLU()def forward(self, x):x = self.fc(x)x = self.relu(x)x = F.linear(x, torch.rand(3, 5))return xnet = MyModel()
print(net)torchinfo.summary(net, (1, 10))

但是在当你 打印模型 的时候，只能打印出 模型初始化函数中定义的层， 这是因为打印模型实际上是 nn.Module 类的repr方法的输出，该方法默认打印模型类的结构（也就是在初始化函数中定义的类似 nn.Linear 的类）。F.linear(x) 不是类，它只是一个函数，所以无法被打印出。 

对于像类似 ReLU 激活函数这种本身没有参数的操作，使用torch.nn.functional.relu(x) 和 torch.nn.ReLU 的效果是一样的。这两者的选择通常取决于个人偏好。但建议还是使用 torch.nn.ReLU，因为在直接 print 网络的时候，可以打印出来，进行观察