昇思25天学习打卡营第4天 | 网络构建

在学习和实践MindSpore神经网络模型构建的过程中，我深刻理解了MindSpore中如何通过nn.Cell类来构建和管理复杂的神经网络模型。通过这次的实践，我对神经网络的基本构建和应用有了更加全面的认识，以下是我学习过程中所总结的几点心得：

一、神经网络模型的基本构建

在MindSpore中，神经网络模型由神经网络层和Tensor操作构成。nn.Cell类是构建所有网络的基类，也是网络的基本单元。通过继承nn.Cell类并实现其__init__和construct方法，我们可以构建出各种复杂的神经网络结构。__init__方法用于进行子Cell的实例化和状态管理，而construct方法用于实现具体的Tensor操作。

例如，在构建一个用于Mnist数据集分类的神经网络模型时，我们定义了一个Network类，继承了nn.Cell。在__init__方法中，我们实例化了Flatten和SequentialCell子类，并在SequentialCell中定义了多层全连接层和激活函数ReLU。最后在construct方法中，实现了数据从输入到输出的完整流动过程。

class Network(nn.Cell):def __init__(self):super().__init__()self.flatten = nn.Flatten()self.dense_relu_sequential = nn.SequentialCell(nn.Dense(28*28, 512, weight_init="normal", bias_init="zeros"),nn.ReLU(),nn.Dense(512, 512, weight_init="normal", bias_init="zeros"),nn.ReLU(),nn.Dense(512, 10, weight_init="normal", bias_init="zeros"))def construct(self, x):x = self.flatten(x)logits = self.dense_relu_sequential(x)return logits

二、模型实例化与结构查看

在完成模型构建后，我们可以通过实例化Network对象来查看其结构。通过print(model)，我们可以清晰地看到模型中每一层的详细信息，包括输入和输出通道数、是否有偏置等。这对于我们理解模型的内部构造和调试非常有帮助。

model = Network()
print(model)

输出的模型结构如下：

Network<(flatten): Flatten<>(dense_relu_sequential): SequentialCell<(0): Dense<input_channels=784, output_channels=512, has_bias=True>(1): ReLU<>(2): Dense<input_channels=512, output_channels=512, has_bias=True>(3): ReLU<>(4): Dense<input_channels=512, output_channels=10, has_bias=True>>>

三、模型推理与输出

在实例化模型后，我们可以通过构造输入数据并直接调用模型来进行推理。需要注意的是，construct方法不可直接调用，我们可以直接通过模型实例来传入输入数据进行推理。通过这种方式，我们可以获得模型的输出Tensor。

X = ops.ones((1, 28, 28), mindspore.float32)
logits = model(X)

通过进一步使用nn.Softmax层，我们可以将输出的logits值转化为预测概率，并通过argmax方法获得预测的类别。

pred_probab = nn.Softmax(axis=1)(logits)
y_pred = pred_probab.argmax(1)
print(f"Predicted class: {y_pred}")

四、逐层解析与理解

为了更好地理解神经网络的工作原理，我们可以逐层解析模型中的每一层。例如，我们可以构造一个shape为(3, 28, 28)的随机数据，并依次通过每一个神经网络层来观察其效果。

通过对nn.Flatten、nn.Dense、nn.ReLU等层的逐层解析，我们可以清晰地看到数据在每一层的变化过程。这对于我们理解神经网络的内部工作原理非常有帮助。

input_image = ops.ones((3, 28, 28), mindspore.float32)
flatten = nn.Flatten()
flat_image = flatten(input_image)
print(flat_image.shape)layer1 = nn.Dense(in_channels=28*28, out_channels=20)
hidden1 = layer1(flat_image)
print(hidden1.shape)hidden1 = nn.ReLU()(hidden1)
print(hidden1)

五、模型参数管理

神经网络中的每一层（如nn.Dense）都具有权重参数和偏置参数。这些参数会在训练过程中不断进行优化。我们可以通过model.parameters_and_names()来获取模型中所有参数的名称及其详细信息。

for name, param in model.parameters_and_names():print(f"Layer: {name}\nSize: {param.shape}\nValues : {param[:2]} \n")

总结

通过这次学习和实践，我掌握了在MindSpore中构建神经网络模型的基本方法和技巧。通过对模型逐层解析和参数管理的深入理解，我不仅提高了对神经网络内部工作原理的认识，也增强了实际操作的能力。这为我今后在深度学习领域的研究和应用打下了坚实的基础。