register_parameter和register_buffer 详解-编程知识

在参考yolo系列代码或其他开源代码，经常看到register_buffer和 register_parameter的使用，接下来将详细对他们进行介绍。

1. 前沿

在搭建网络时，我们 自定义的参数，往往不会保存到模型权重文件中，或者成为模型可学习的参数。即我们通过 net.named_parameters() (模型可学习参数)或 net.state_dict().items()(保存模型权重值)方法都无法遍历输出。那如何解决呢，这就需要用到本文讲的register_parameter和register_buffer方法。

2. register_parameter

register_parameter() 是 torch.nn.Module 类中的一个方法。

2.1 主要作用

用于定义可学习参数
定义的参数可被保存到网络对象的参数中，可使用 net.parameters() 或 net.named_parameters() 查看
定义的参数可用 net.state_dict() 转换到字典中，进而 保存到网络文件 / 网络参数文件中

2.2 函数说明

register_parameter(name，param)

参数：

name：参数名称
param：参数张量，须是torch.nn.Parameter()对象或 None ，否则报错如下
TypeError: cannot assign 'torch.FloatTensor' object to parameter 'xx' (torch.nn.Parameter or None required)

2.3 举例说明

（1）自定义的参数未使用register_parameter

import torch
import torch.nn as nnclass MyModule(nn.Module):def __init__(self):super(MyModule, self).__init__()self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=6, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=9, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.weight = torch.ones(10,10)self.bias = torch.zeros(10)def forward(self, x):x = self.conv1(x)x = self.conv2(x)x = x * self.weight + self.biasreturn xnet = MyModule()print('\n', '*'*30+"net.named_parameters"+'*'*30, '\n')
for name, param in net.named_parameters():print(name, param.shape)print('\n', '*'*30+"net.state_dict"+'*'*30, '\n')
for key, val in net.state_dict().items():print(key, val.shape)

输出:
在这里插入图片描述
在网络搭建的代码中，我们自定义了self.weight和self.bias参数。我们思考下2个问题:1. 我们定义的self.weight和self.bias参数是否会保存到网络的参数中，是否能在优化器的作用下进行学习。2. 这些参数是否能够保存到模型文件中，从而可以利用state_dict中遍历出来。通过上面的打印信息我们发现：

使用net.named_parameters()迭代网络中可学习的参数，发现输出的参数只有conv1和conv2的weight参数，并没有输出我们定义的self.weight和self.bias
接下来使用net.state_dict()方法迭代保存的参数，同样发现self.weight和self.bias参数也没有被输出出来。

（2）通过register_parameter方法来定义参数

接下来我们使用register_parameter来定义weight和bias参数,看看会有啥效果。代码修改如下:

self.register_parameter('weight',torch.nn.Parameter(torch.ones(10,10)))
self.register_parameter('bias',torch.nn.Parameter(torch.zeros(10)))

完整代码

import torch
import torch.nn as nnclass MyModule(nn.Module):def __init__(self):super(MyModule, self).__init__()self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=6, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=9, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.register_parameter('weight',torch.nn.Parameter(torch.ones(10,10)))self.register_parameter('bias',torch.nn.Parameter(torch.zeros(10)))def forward(self, x):x = self.conv1(x)x = self.conv2(x)x = x * self.weight + self.biasreturn xnet = MyModule()print('\n', '*'*30+"net.named_parameters"+'*'*30, '\n')
for name, param in net.named_parameters():print(name, param.shape)print('\n', '*'*30+"net.state_dict"+'*'*30, '\n')
for key, val in net.state_dict().items():print(key, val.shape)

在这里插入图片描述

可以看到，使用了register_parameter定义的参数weight和bias，可以通过net.named_parameters或者net.parameters迭代出来的，这说明weight和bias已经存到了网络的参数中，他们是可学习的参数
同时，通过state_dict()也能将参数和值给迭代出来，就说明如果要保存模型权重或网络参数时，这两个参数时可以被保存起来的。

3 register_buffer()

register_buffer()是 torch.nn.Module() 类中的一个方法

3.1 作用

用于定义不可学习的参数
定义的参数不会被保存到网络对象的参数中，使用 net.parameters() 或 net.named_parameters() 查看不到
定义的参数可用 net.state_dict() 转换到字典中，进而 保存到网络文件 / 网络参数文件中

register_buffer() 用于在网络实例中注册缓冲区，存储在缓冲区中的数据，类似于参数（但不是参数），它与参数的区别为：

参数：可以被优化器更新（requires_grad=False / True）
buffer 中的数据（不可学习）：不会被优化器更新

3.2、举例说明

将定义的weight和bias，通过register_buffer来定义。

self.register_buffer('weight',torch.ones(10,10))
self.register_buffer('bias',torch.zeros(10))

运行完整代码看看效果：

import torch
import torch.nn as nnclass MyModule(nn.Module):def __init__(self):super(MyModule, self).__init__()self.conv1 = nn.Conv2d(in_channels=3, out_channels=6, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.conv2 = nn.Conv2d(in_channels=6, out_channels=9, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)self.register_buffer('weight',torch.ones(10,10))self.register_buffer('bias',torch.zeros(10))def forward(self, x):x = self.conv1(x)x = self.conv2(x)x = x * self.weight + self.biasreturn xnet = MyModule()zprint('\n', '*'*30+"net.named_parameters"+'*'*30, '\n')
for name, param in net.named_parameters():print(name, param.shape)print('\n', '*'*30+"net.state_dict"+'*'*30, '\n')
for key, val in net.state_dict().items():print(key, val.shape)

在这里插入图片描述
我们可以看到:

通过register_buffer定义的参数weight和bias，它是没有被named_parameter给迭代出来的，也就是说weight和bias不是网络的可学习参数，无法通过优化器来迭代更新，我们把它叫做buffer，而不是参数
然而我们使用net.state_dict去迭代的话，weight和bias事可以被迭代出来的，这就说明使用register_buffer定义的数据，可以保持到模型或者权重文件中。

注意：