使用Pytorch实现two-head(多输出)模型的操作

如何使用Pytorch实现two-head（多输出）模型

1. two-head模型定义

先放一张我要实现的模型结构图：

如上图，就是一个two-head模型，也是一个但输入多输出模型。该模型的特点是输入一个x和一个t，h0和h1中只有一个会输出，所以可能这不算是一个典型的多输出模型。

2.实现所遇到的困难 一开始的想法：

这不是很简单嘛，做一个判断不就完了，t=0时模型为前半段加h0，t=1时模型为前半段加h1。但实现的时候傻眼了，发现在真正前向传播的时候t是一个tensor，有0有1，没法儿进行判断。

灵机一动，又生一法：把这个模型变为三个模型，前半段是一个模型（r），后面的h0和h1分别为另两个模型。把数据集按t=0和1分开，分别训练两个模型：r+h0和r+h1。

但是后来搜如何进行模型串联，发现极为麻烦。

3.解决方案

后来在pytorch的官方社区中看到一个极为简单的方法：

（1） 按照一般的多输出模型进行实现，代码如下：

def forward(self, x):
        #三层的表示层
        x = F.elu(self.fcR1(x))
        x = F.elu(self.fcR2(x))
        x = F.elu(self.fcR3(x))
		#two-head，两个head分别进行输出
        y0 = F.elu(self.fcH01(x))
        y0 = F.elu(self.fcH02(y0))
        y0 = F.elu(self.fcH03(y0))
        y1 = F.elu(self.fcH11(x))
        y1 = F.elu(self.fcH12(y1))
        y1 = F.elu(self.fcH13(y1))
        return y0, y1

这样就相当实现了一个多输出模型，一个x同时输出y0和y1.

训练的时候分别训练，也即分别建loss，代码如下：

    f_out_y0, _ = net(x0)
            _, f_out_y1 = net(x1)
            #实例化损失函数
            criterion0 = Loss()
            criterion1 = Loss()
            loss0 = criterion0(f_y0, f_out_y0, w0)
            loss1 = criterion1(f_y1, f_out_y1, w1)
            print(loss0.item(), loss1.item())
            #对网络参数进行初始化
            optimizer.zero_grad()
            loss0.backward()
            loss1.backward()
            #对网络的参数进行更新
            optimizer.step()

先把x按t=0和t=1分为x0和x1，然后分别送入进行训练。这样就实现了一个two-head模型。

4.后记

我自以为多输出模型可以分为以下两类：

多个输出不同时获得，如本文情况。

多个输出同时获得。

多输出不同时获得的解决方法上文已说明。多输出同时获得则可以通过把y0和y1拼接起来一起输出来实现。

补充：PyTorch 多输入多输出模型构建

本篇教程基于 PyTorch 1.5版本

直接上代码！

import torch
import torch.nn as nn
from torch.autograd import Variable
import torch.distributed as dist
import torch.utils.data as data_utils
class Net(nn.Module):
    def __init__(self, n_input, n_hidden, n_output):
        super(Net, self).__init__()
        self.hidden1 = nn.Linear(n_input, n_hidden)
        self.hidden2 = nn.Linear(n_hidden, n_hidden)
        self.predict1 = nn.Linear(n_hidden*2, n_output)
        self.predict2 = nn.Linear(n_hidden*2, n_output)
    def forward(self, input1, input2): # 多输入！！！
        out01 = self.hidden1(input1)
        out02 = torch.relu(out01)
        out03 = self.hidden2(out02)
        out04 = torch.sigmoid(out03)
        out11 = self.hidden1(input2)
        out12 = torch.relu(out11)
        out13 = self.hidden2(out12)
        out14 = torch.sigmoid(out13)
        out = torch.cat((out04, out14), dim=1) # 模型层拼合！！！当然你的模型中可能不需要~
 
        out1 = self.predict1(out)
        out2 = self.predict2(out)
        return out1, out2 # 多输出！！！
net = Net(1, 20, 1)
x1 = torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, 100), dim=1) # 请不要关心这里，随便弄一个数据，为了说明问题而已
y1 = x1.pow(3)+0.1*torch.randn(x1.size())
x2 = torch.unsqueeze(torch.linspace(-1, 1, 100), dim=1)
y2 = x2.pow(3)+0.1*torch.randn(x2.size())
x1, y1 = (Variable(x1), Variable(y1))
x2, y2 = (Variable(x2), Variable(y2))
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.1)
loss_func = torch.nn.MSELoss()
for t in range(5000):
    prediction1, prediction2 = net(x1, x2)
    loss1 = loss_func(prediction1, y1)
    loss2 = loss_func(prediction2, y2)
    loss = loss1 + loss2 # 重点！
    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()
    optimizer.step()
    if t % 100 == 0:
       print('Loss1 = %.4f' % loss1.data,'Loss2 = %.4f' % loss2.data,)

至此搞定！

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持猪先飞。