nn.Embedding与nn.Embedding.from_pretrained

在NLP任务中,当我们搭建网络时,第一层往往是嵌入层,对于嵌入层有两种方式初始化embedding向量,一种是直接随机初始化,另一种是使用预训练好的词向量初始化,接下来分别介绍这种的使用方式,以及torch中对应的源码。

torch.nn.Embedding(num_embeddings, embedding_dim, padding_idx=None, max_norm=None, norm_type=2.0, scale_grad_by_freq=False, sparse=False, _weight=None, device=None, dtype=None)

这是一个简单的查找表,用于存储固定字典和大小的嵌入。该模块通常用于存储词嵌入并使用索引检索它们。 该模块的输入是索引列表,输出是相应的词嵌入。

num_embeddings (int) - 嵌入字典的大小
embedding_dim (int) - 每个嵌入向量的大小
padding_idx (int, optional) - 如果提供的话,则 padding_idx位置处的嵌入不会影响梯度,也就是训练时不会更新该索引位置的嵌入向量,默认为零向量,也可以更新为另一个值以用作填充向量。
max_norm (float, optional) - 如果提供的话,会重新归一化词嵌入,使它们的范数小于提供的值
norm_type (float, optional) - 对于max_norm选项计算p范数时的p
scale_grad_by_freq (boolean, optional) - 如果提供的话,会根据字典中单词频率缩放梯度
weight weight (Tensor) -形状为(num_embeddings, embedding_dim)的模块中可学习的权值

emb = nn.Embedding(4,3,padding_idx=2)
print(emb.weight)
---------
Parameter containing:
tensor([[ 0.4826,  0.9544, -1.4843],
        [ 0.1427, -0.0919,  0.0292],
        [ 0.0000,  0.0000,  0.0000],
        [ 0.4220,  0.5575,  0.7026]], requires_grad=True)
embedding = nn.Embedding(10, 3)
input = torch.LongTensor([[1,2,4,5],[4,3,2,9]])
print(embedding(input))
------
tensor([[[-0.0251, -1.6902,  0.7172],
         [-0.6431,  0.0748,  0.6969],
         [ 1.4970,  1.3448, -0.9685],
         [-0.3677, -2.7265, -0.1685]],

        [[ 1.4970,  1.3448, -0.9685],
         [ 0.4362, -0.4004,  0.9400],
         [-0.6431,  0.0748,  0.6969],
         [ 0.9124, -2.3616,  1.1151]]])

 

torch.nn.Embedding.from_pretrained(embeddings, freeze=True, padding_idx=None, max_norm=None, norm_type=2.0, scale_grad_by_freq=False, sparse=False)

embeddings: 包含嵌入权重的FloatTensor,第一个维度为num_embeddings,第二个维度为embedding_dim
freeze:若为True,表示训练过程不更新,默认为True,等同于embedding.weight.requires_grad = False

weight = torch.FloatTensor([[1, 2.3, 3], [4, 5.1, 6.3]])
embedding = nn.Embedding.from_pretrained(weight)
input = torch.LongTensor([1])
print(embedding(input))
--------
tensor([[4.0000, 5.1000, 6.3000]])

Embedding源码

Embedding类存在sparse.py文件中,

在init方法中,有self.weight = Parameter(..),这表示weight是可训练的,也就是默认的requires_grad=True,torth.Tensor对象默认是不参与训练的,放入Parameter()中就可训练了。

再看from_pretrained方法,该方法头上有@classmethod注解,一般要使用某个类的方法,需要先实例化一个对象再调用方法。而使用@classmethod,就可以不需要实例化,直接类名.方法名()来调用。@classmethod也不需要self参数,但第一个参数需要是表示自身类的cls参数,因为持有cls参数,可以来调用类的属性,类的方法,实例化对象等,也就是代码中的embedding = cls(..),以此来实例化对象。

class Embedding(Module):

    __constants__ = ['num_embeddings', 'embedding_dim', 'padding_idx', 'max_norm',
                     'norm_type', 'scale_grad_by_freq', 'sparse']

    num_embeddings: int
    embedding_dim: int
    padding_idx: Optional[int]
    max_norm: Optional[float]
    norm_type: float
    scale_grad_by_freq: bool
    weight: Tensor
    sparse: bool

    def __init__(self, num_embeddings: int, embedding_dim: int, padding_idx: Optional[int] = None,
                 max_norm: Optional[float] = None, norm_type: float = 2., scale_grad_by_freq: bool = False,
                 sparse: bool = False, _weight: Optional[Tensor] = None) -> None:
        super(Embedding, self).__init__()
        self.num_embeddings = num_embeddings
        self.embedding_dim = embedding_dim
        if padding_idx is not None:
            if padding_idx > 0:
                assert padding_idx < self.num_embeddings, 'Padding_idx must be within num_embeddings'
            elif padding_idx < 0:
                assert padding_idx >= -self.num_embeddings, 'Padding_idx must be within num_embeddings'
                padding_idx = self.num_embeddings + padding_idx
        self.padding_idx = padding_idx
        self.max_norm = max_norm
        self.norm_type = norm_type
        self.scale_grad_by_freq = scale_grad_by_freq
        if _weight is None:
            self.weight = Parameter(torch.Tensor(num_embeddings, embedding_dim))
            self.reset_parameters()
        else:
            assert list(_weight.shape) == [num_embeddings, embedding_dim], \
                'Shape of weight does not match num_embeddings and embedding_dim'
            self.weight = Parameter(_weight)

        self.sparse = sparse

    def reset_parameters(self) -> None:
        init.normal_(self.weight)
        self._fill_padding_idx_with_zero()

    def _fill_padding_idx_with_zero(self) -> None:
        if self.padding_idx is not None:
            with torch.no_grad():
                self.weight[self.padding_idx].fill_(0)

    def forward(self, input: Tensor) -> Tensor:
        return F.embedding(
            input, self.weight, self.padding_idx, self.max_norm,
            self.norm_type, self.scale_grad_by_freq, self.sparse)

    def extra_repr(self) -> str:
        s = '{num_embeddings}, {embedding_dim}'
        if self.padding_idx is not None:
            s += ', padding_idx={padding_idx}'
        if self.max_norm is not None:
            s += ', max_norm={max_norm}'
        if self.norm_type != 2:
            s += ', norm_type={norm_type}'
        if self.scale_grad_by_freq is not False:
            s += ', scale_grad_by_freq={scale_grad_by_freq}'
        if self.sparse is not False:
            s += ', sparse=True'
        return s.format(**self.__dict__)

    @classmethod
    def from_pretrained(cls, embeddings, freeze=True, padding_idx=None,
                        max_norm=None, norm_type=2., scale_grad_by_freq=False,
                        sparse=False):
        assert embeddings.dim() == 2, \
            'Embeddings parameter is expected to be 2-dimensional'
        rows, cols = embeddings.shape
        embedding = cls(
            num_embeddings=rows,
            embedding_dim=cols,
            _weight=embeddings,
            padding_idx=padding_idx,
            max_norm=max_norm,
            norm_type=norm_type,
            scale_grad_by_freq=scale_grad_by_freq,
            sparse=sparse)
        embedding.weight.requires_grad = not freeze

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