PyTorch修改为自定义节点

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要将网络修改为自定义节点，需要在该节点上实现新的操作。在 PyTorch 中，可以使用 torch.onnx 模块来导出 PyTorch 模型的 ONNX 格式，因此我们需要修改 op_symbolic 函数来实现新的操作。

首先，创建一个新的 OpSchema 对象，该对象定义了新操作的名称、输入和输出张量等属性。然后，可以定义 op_symbolic 函数来实现新操作的计算。

下面是示例代码：

import torch.onnx.symbolic_opset12 as sym

class MyCustomOp:
    @staticmethod
    def forward(ctx, input1, input2, input3):
        output = input1 * input2 + input3
        return output

    @staticmethod
    def symbolic(g, input1, input2, input3):
        output = g.op("MyCustomOp", input1, input2, input3)
        return output

my_custom_op_schema = sym.ai_graphcore_opset1_schema("MyCustomOp", 3, 1)
my_custom_op_schema.set_input(0, "input1", "T")
my_custom_op_schema.set_input(1, "input2", "T")
my_custom_op_schema.set_input(2, "input3", "T")
my_custom_op_schema.set_output(0, "output", "T")
my_custom_op_schema.set_doc_string("My custom op")

# Register the custom op and schema with ONNX
register_custom_op("MyCustomOp", MyCustomOp)
register_op("MyCustomOp", None, my_custom_op_schema)

在上面的示例中，我们首先使用 @staticmethod 装饰器创建了 MyCustomOp 类，并实现了 forward 和 symbolic 函数，这些函数定义了新操作的计算方式和 ONNX 格式的表示方法。

然后，我们使用 ai_graphcore_opset1_schema 函数创建了一个新的 OpSchema 对象，并为新操作定义了输入和输出张量。

最后，我们通过 register_custom_op 和 register_op 函数将自定义操作和 OpSchema 对象注册到 ONNX 中，以便使用 torch.onnx.export 方法将 PyTorch 模型转换为 ONNX 格式。

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要将网络修改为自定义节点，您需要：

1. 实现自定义节点的 forward 和 backward 函数。

2. 创建一个新的 PyTorch 操作（op）来包装自定义节点。

3. 修改网络图以使用新的操作。

以下是一个示例：

1. 实现自定义节点的 forward 和 backward 函数。

import torch

class CustomNode(torch.autograd.Function):
    @staticmethod
    def forward(ctx, input):
        # implement forward function
        output = input * 2
        ctx.save_for_backward(input)
        return output

    @staticmethod
    def backward(ctx, grad_output):
        # implement backward function
        input, = ctx.saved_tensors
        grad_input = grad_output.clone()
        grad_input[input < 0] = 0
        return grad_input

这里我们实现了一个乘以 2 的操作，以及后向传播的 ReLU 激活函数。

2. 创建一个新的 PyTorch 操作（op）来包装自定义节点。

from torch.autograd import Function

class CustomOp(Function):
    @staticmethod
    def forward(ctx, input):
        output = CustomNode.apply(input)
        ctx.save_for_backward(input)
        return output

    @staticmethod
    def backward(ctx, grad_output):
        input, = ctx.saved_tensors
        grad_input = CustomNode.apply(grad_output)
        return grad_input

这里我们使用 CustomNode.apply 来调用自定义节点的前向和后向传播函数。

3. 修改网络图以使用新的操作。

import torch.nn as nn

class CustomNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(CustomNet, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, 5)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.custom_op = CustomOp()

    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        x = self.relu(x)
        x = self.custom_op(x)
        return x

在这个例子中，我们添加了一个自定义操作 CustomOp，并将其插入到网络中。

这就是如何将 PyTorch 网络修改为自定义节点的过程。

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要将自定义节点添加到ONNX图中，必须执行以下步骤：

1. 创建自定义运算符

首先，创建一个自定义运算符的类。自定义的类应该继承自torch.nn.Module类。

class CustomOp(torch.nn.Module):
    def __init__(self, alpha, beta):
        super(CustomOp, self).__init__()
        self.alpha = alpha
        self.beta = beta

    def forward(self, x):
        # perform some custom operation on x using alpha and beta
        return x

2. 注册自定义运算符

为了使ONNX能够正确地识别您的自定义运算符，您需要在导出模型之前将其注册到ONNX运行时中。

from torch.onnx.symbolic_helper import parse_args

@parse_args('v', 'f', 'f')
def custom_op(g, x, alpha, beta):
    # build the ONNX graph for the custom operation
    output = g.op('CustomOp', x, alpha, beta)
    return output

# register the custom operator
from torch.onnx import register_custom_op_symbolic
register_custom_op_symbolic('CustomOp', custom_op, 9)

3. 将模型导出为ONNX

现在，您可以使用torch.onnx.export()方法将PyTorch模型导出为ONNX格式。

import torch.onnx

# create a sample model that uses the custom operator
model = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(10, 10),
    CustomOp(alpha=1.0, beta=2.0),
    torch.nn.Linear(10, 5)
)

# export the model to ONNX
input_data = torch.rand(1, 10)
torch.onnx.export(model, input_data, "model.onnx")

4. 在C++中加载ONNX模型并使用自定义运算符

最后，在C++中使用ONNX运行时加载导出的模型，并使用自定义运算符来运行它。

#include 

// load the ONNX model
Ort::Env env(ORT_LOGGING_LEVEL_WARNING, "test");
Ort::SessionOptions session_options;
Ort::Session session(env, "model.onnx", session_options);

// create a test input tensor
std::vector input_shape = {1, 10};
std::vector input_data(10);
Ort::Value input_tensor = Ort::Value::CreateTensor(Ort::MemoryInfo::CreateCpu(OrtDeviceAllocator, OrtMemTypeDefault), input_data.data(), input_data.size(), input_shape.data(), input_shape.size());

// run the model
std::vector output_names = session.GetOutputNames();
std::vector output_tensors = session.Run({{"input", input_tensor}}, output_names);

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您可以通过以下步骤来修改PyTorch中的网络，以添加自定义节点：

1. 了解PyTorch的nn.Module和nn.Function类。nn.Module用于定义神经网络中的层，而nn.Function用于定义网络中的自定义操作。自定义操作可以使用PyTorch的Tensor操作和其他标准操作来定义。

2. 创建自定义操作类：创建自定义操作类时，需要继承自nn.Function。自定义操作必须包含forward方法和backward方法。在forward方法中，您可以定义自定义节点的前向计算；在backward方法中，您可以定义反向传播的计算图。

3. 将自定义操作类添加到网络中：您可以使用nn.Module中的register_function方法将自定义操作添加到网络中。这将使自定义操作可用于定义网络中的节点。

4. 修改网络结构：您可以使用nn.Module类以及先前自定义的操作来修改网络结构。您可以添加自定义操作作为新的节点，也可以将自定义操作添加到现有节点中。

下面是一个简单的例子，演示如何使用自定义操作来创建新的网络。

import torch
from torch.autograd import Function
import torch.nn as nn

class CustomFunction(Function):

    @staticmethod
    def forward(ctx, input):
        output = input * 2
        ctx.save_for_backward(input)
        return output

    @staticmethod
    def backward(ctx, grad_output):
        input, = ctx.saved_tensors
        grad_input = grad_output.clone()
        grad_input[input < 0] = 0
        return grad_input

class CustomNetwork(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(CustomNetwork, self).__init__()

        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 6, kernel_size=5, stride=1)
        self.custom_op = CustomFunction.apply
        self.fc1 = nn.Linear(6 * 24 * 24, 10)

    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        x = self.custom_op(x)
        x = x.view(-1, 6 * 24 * 24)
        x = self.fc1(x)
        return x

在这个例子中，我们定义了一个自定义操作CustomFunction，该操作将输入乘以2，并且在反向传播时，只计算非负输入的梯度。我们还创建了一个自定义网络CustomNetwork，该网络包括一个卷积层，一个自定义操作和一个全连接层。

要使用这个网络，您可以按照以下方式创建一个实例，然后将数据输入到网络中：

net = CustomNetwork()
input = torch.randn(1, 3, 28, 28)
output = net(input)

这将计算网络的输出，并且梯度将正确地传播回每个节点和自定义操作。