模型参数初始化
参考：
https://cloud.tencent.com/developer/article/1437995
https://www.cnblogs.com/wanghui-garcia/p/11385160.html
1.4、参数初始化的几点要求
（1）参数不能全部初始化为0，也不能全部初始化同一个值，为什么，请参见“对称失效”；
（2）最好保证参数初始化的均值为0，正负交错，正负参数大致上数量相等；
（3）初始化参数不能太大或者是太小，参数太小会导致特征在每层间逐渐缩小而难以产生作用，参数太大会导致数据在逐层间传递时逐渐放大而导致梯度消失发散，不能训练
（4）如果有可能满足Glorot条件也是不错的
上面的几点要求中，（1）（2）（3）基本上是硬性要求，这也就衍生出了一系列的参数初始化方法，什么正态标准化等诸如此类的标准化方法，关于各种参数初始化方法，会在后面继续说明。
二、常见的参数初始化方法
我们常见的几种初始化方法是按照“正态分布随机初始化——对应为normal”和按照“均匀分布随机初始化——对应为uniform”，这里就不再多说了，这里介绍几种遇见较少的初始化方法。
2.1、Glorot初始化方法
（1）正态化的Glorot初始化——glorot_normal
Glorot 正态分布初始化器，也称为 Xavier 正态分布初始化器。它从以 0 为中心，标准差为 stddev = sqrt(2 / (fan_in + fan_out)) 的截断正态分布中抽取样本， 其中 fan_in 是权值张量中的输入单位的数量， fan_out 是权值张量中的输出单位的数量。
在keras和tensorflow均有实现，以keras为例：
keras.initializers.glorot_normal(seed=None)
（2）标准化的Glorot初始化——glorot_uniform
Glorot 均匀分布初始化器，也称为 Xavier 均匀分布初始化器。
它从 [-limit，limit] 中的均匀分布中抽取样本， 其中 limit 是 sqrt(6 / (fan_in + fan_out))， fan_in 是权值张量中的输入单位的数量， fan_out 是权值张量中的输出单位的数量。
以keras为例：
keras.initializers.glorot_uniform(seed=None)
（3）Glorot初始化器的缺点
因为Xavier的推导过程是基于几个假设的，
其中一个是激活函数是线性的，这并不适用于ReLU，sigmoid等非线性激活函数；
另一个是激活值关于0对称，这个不适用于sigmoid函数和ReLU函数它们不是关于0对称的。
2.2、Kaiming初始化
Kaiming初始化，也称之为he初始化，也称之为msra初始化，出自大神 何凯明之手。即
Kaiming initializer=he initializer=msra initializer
因为前面讲了Glorot初始化不适合relu激活函数，所以残差网络的作者何凯明在这篇论文中提出了ReLU网络的初始化方法：Kaming初始化。
作者的推导过程针对的其实是卷积网络的前向和反向过程。而为了和Xavier初始化方法保持一致，这里我们还是讨论全连接网络结构。
关于期望、方差的性质，我们已经在Xavier初始化一节介绍过了，这里不再重复。
在Xavier论文中，作者给出的Glorot条件是：正向传播时，激活值的方差保持不变；反向传播时，关于状态值的梯度的方差保持不变。
这在本文中稍作变换：正向传播时，状态值的方差保持不变；反向传播时，关于激活值的梯度的方差保持不变。
（1）正态化的kaiming初始化——he_normal
He 正态分布初始化器。
它从以 0 为中心，标准差为 stddev = sqrt(2 / fan_in) 的截断正态分布中抽取样本， 其中 fan_in是权值张量中的输入单位的数量，在keras中的实现为
keras.initializers.he_normal(seed=None)
（2）标准化化的kaiming初始化——he_uniform
He 均匀方差缩放初始化器。
它从 [-limit，limit] 中的均匀分布中抽取样本， 其中 limit 是 sqrt(6 / fan_in)， 其中 fan_in 是权值张量中的输入单位的数量。
keras.initializers.he_uniform(seed=None)
2.3、lecun初始化
出自大神Lecun之手。
（1）标准化化的kaiming初始化——lecun_uniform
LeCun 均匀初始化器。
它从 [-limit，limit] 中的均匀分布中抽取样本， 其中 limit 是 sqrt(3 / fan_in)， fan_in 是权值张量中的输入单位的数量。
keras.initializers.lecun_uniform(seed=None)
（2）正态化的kaiming初始化——lecun_normal
LeCun 正态分布初始化器。
它从以 0 为中心，标准差为 stddev = sqrt(1 / fan_in) 的截断正态分布中抽取样本， 其中 fan_in是权值张量中的输入单位的数量。
keras.initializers.lecun_normal(seed=None)
2.4、Batch Normalization
BN是将输入的数据分布变成高斯分布，这样可以保证每一层神经网络的输入保持相同分布。
优点
随着网络层数的增加，分布逐渐发生偏移，之所以收敛慢，是因为整体分布往非线性函数取值区间的上下限靠近。这会导致反向传播时梯度消失。BN就是通过规范化的手段，把每层神经网络任意神经元这个输入值的分布强行拉回到均值0方差1的标准正态分布，使得激活输入值落入非线性函数中比较敏感的区域。可以让梯度变大，学习收敛速度快，能大大加快收敛速度。
Scale and Shift作用
γ和β。γ和β是学习到的参数，他们可以让标准正态分布变得更高/更胖和向左右偏移。
三、参数初始化方法的总结
四、pytorch中代码实现
1.使用apply()
举例说明：
Encoder ：设计的编码其模型
weights_init(): 用来初始化模型
model.apply():实现初始化
# coding:utf-8
from torch import nn
def weights_init(mod):
"""设计初始化函数"""
classname=mod.__class__.__name__
# 返回传入的module类型
print(classname)
if classname.find('Conv')!= -1: #这里的Conv和BatchNnorm是torc.nn里的形式
mod.weight.data.normal_(0.0,0.02)
elif classname.find('BatchNorm')!= -1:
mod.weight.data.normal_(1.0,0.02) #bn层里初始化γ，服从（1，0.02）的正态分布
mod.bias.data.fill_(0) #bn层里初始化β，默认为0
class Encoder(nn.Module):
def __init__(self, input_size, input_channels, base_channnes, z_channels):
super(Encoder, self).__init__()
# input_size必须为16的倍数
assert input_size % 16 == 0, "input_size has to be a multiple of 16"
models = nn.Sequential()
models.add_module('Conv2_{0}_{1}'.format(input_channels, base_channnes), nn.Conv2d(input_channels, base_channnes, 4, 2, 1, bias=False))
models.add_module('LeakyReLU_{0}'.format(base_channnes), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True))
# 此时图片大小已经下降一倍
temp_size = input_size/2
# 直到特征图高宽为4
# 目的是保证无论输入什么大小的图片，经过这几层后特征图大小为4*4
while temp_size > 4 :
models.add_module('Conv2_{0}_{1}'.format(base_channnes, base_channnes*2), nn.Conv2d(base_channnes, base_channnes*2, 4, 2, 1, bias=False))
models.add_module('BatchNorm2d_{0}'.format(base_channnes*2), nn.BatchNorm2d(base_channnes*2))
models.add_module('LeakyReLU_{0}'.format(base_channnes*2), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True))
base_channnes *= 2
temp_size /= 2
# 特征图高宽为4后面则添加上最后一层
# 让输出为1*1
models.add_module('Conv2_{0}_{1}'.format(base_channnes, z_channels), nn.Conv2d(base_channnes, z_channels, 4, 1, 0, bias=False))
self.models = models
def forward(self, x):
x = self.models(x)
return x
if __name__ == '__main__':
e = Encoder(256, 3, 64, 100)
# 对e模型中的每个module和其本身都会调用一次weights_init函数，mod参数的值即这些module
e.apply(weights_init)
# 根据名字来查看参数
for name, param in e.named_parameters():
print(name)
# 举个例子看看是否按照设计进行初始化
# 可见BatchNorm2d的weight是正态分布形的参数，bias参数都是0
if name == 'models.BatchNorm2d_128.weight' or name == 'models.BatchNorm2d_128.bias':
print(param)
2.直接在定义网络时定义
import torch.nn as nn
import torch.nn.init as init
import torch.nn.functional as F
class Discriminator(nn.Module):
"""
6层全连接层
"""
def __init__(self, z_dim):
super(Discriminator, self).__init__()
self.z_dim = z_dim
self.net = nn.Sequential(
nn.Linear(z_dim, 1000),
nn.LeakyReLU(0.2, True),
nn.Linear(1000, 1000),
nn.LeakyReLU(0.2, True),
nn.Linear(1000, 1000),
nn.LeakyReLU(0.2, True),
nn.Linear(1000, 1000),
nn.LeakyReLU(0.2, True),
nn.Linear(1000, 1000),
nn.LeakyReLU(0.2, True),
nn.Linear(1000, 2),
)
self.weight_init()
# 参数初始化
def weight_init(self, mode='normal'):
if mode == 'kaiming':
initializer = kaiming_init
elif mode == 'normal':
initializer = normal_init
for block in self._modules:
for m in self._modules[block]:
initializer(m)
def forward(self, z):
return self.net(z).squeeze()
def kaiming_init(m):
if isinstance(m, (nn.Linear, nn.Conv2d)):
init.kaiming_normal_(m.weight)
if m.bias is not None:
m.bias.data.fill_(0)
elif isinstance(m, (nn.BatchNorm1d, nn.BatchNorm2d)):
m.weight.data.fill_(1)
if m.bias is not None:
m.bias.data.fill_(0)
def normal_init(m):
if isinstance(m, (nn.Linear, nn.Conv2d)):
init.normal_(m.weight, 0, 0.02)
if m.bias is not None:
m.bias.data.fill_(0)
elif isinstance(m, (nn.BatchNorm1d, nn.BatchNorm2d)):
m.weight.data.fill_(1)
if m.bias is not None:
m.bias.data.fill_(0)
