本章代码：
- https://github.com/zhangxiann/PyTorch_Practice/blob/master/lesson7/model_save.py
- https://github.com/zhangxiann/PyTorch_Practice/blob/master/lesson7/model_load.py
- https://github.com/zhangxiann/PyTorch_Practice/blob/master/lesson7/checkpoint_resume.py
- https://github.com/zhangxiann/PyTorch_Practice/blob/master/lesson7/save_checkpoint.py
这篇文章主要介绍了序列化与反序列化，以及 PyTorch 中的模型保存于加载的两种方式，模型的断点续训练。
序列化与反序列化
模型在内存中是以对象的逻辑结构保存的，但是在硬盘中是以二进制流的方式保存的。
序列化是指将内存中的数据以二进制序列的方式保存到硬盘中。PyTorch 的模型保存就是序列化。
反序列化是指将硬盘中的二进制序列加载到内存中，得到模型的对象。PyTorch 的模型加载就是反序列化。
PyTorch 中的模型保存与加载
torch.save
torch.save(obj, f, pickle_module, pickle_protocol=2, _use_new_zipfile_serialization=False)
主要参数：
- obj：保存的对象，可以是模型。也可以是 dict。因为一般在保存模型时，不仅要保存模型，还需要保存优化器、此时对应的 epoch 等参数。这时就可以用 dict 包装起来。
- f：输出路径
其中模型保存还有两种方式：
保存整个 Module
这种方法比较耗时，保存的文件大
torch.savev(net, path)
只保存模型的参数
推荐这种方法，运行比较快，保存的文件比较小
state_sict = net.state_dict()
torch.savev(state_sict, path)
下面是保存 LeNet 的例子。在网络初始化中，把权值都设置为 2020，然后保存模型。
import torch
import numpy as np
import torch.nn as nn
from common_tools import set_seed
class LeNet2(nn.Module):
def __init__(self, classes):
super(LeNet2, self).__init__()
self.features = nn.Sequential(
nn.Conv2d(3, 6, 5),
nn.ReLU(),
nn.MaxPool2d(2, 2),
nn.Conv2d(6, 16, 5),
nn.ReLU(),
nn.MaxPool2d(2, 2)
)
self.classifier = nn.Sequential(
nn.Linear(16*5*5, 120),
nn.ReLU(),
nn.Linear(120, 84),
nn.ReLU(),
nn.Linear(84, classes)
)
def forward(self, x):
x = self.features(x)
x = x.view(x.size()[0], -1)
x = self.classifier(x)
return x
def initialize(self):
for p in self.parameters():
p.data.fill_(2020)
net = LeNet2(classes=2019)
# "训练"
print("训练前: ", net.features[0].weight[0, ...])
net.initialize()
print("训练后: ", net.features[0].weight[0, ...])
path_model = "./model.pkl"
path_state_dict = "./model_state_dict.pkl"
# 保存整个模型
torch.save(net, path_model)
# 保存模型参数
net_state_dict = net.state_dict()
torch.save(net_state_dict, path_state_dict)
运行完之后，文件夹中生成了``model.pkl和model_state_dict.pkl`，分别保存了整个网络和网络的参数
torch.load
torch.load(f, map_location=None, pickle_module, **pickle_load_args)
主要参数：
- f：文件路径
- map_location：指定存在 CPU 或者 GPU。
加载模型也有两种方式
加载整个 Module
如果保存的时候，保存的是整个模型，那么加载时就加载整个模型。这种方法不需要事先创建一个模型对象，也不用知道模型的结构，代码如下：
path_model = "./model.pkl"
net_load = torch.load(path_model)
print(net_load)
输出如下：
LeNet2(
(features): Sequential(
(0): Conv2d(3, 6, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
(1): ReLU()
(2): MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2, padding=0, dilation=1, ceil_mode=False)
(3): Conv2d(6, 16, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
(4): ReLU()
(5): MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2, padding=0, dilation=1, ceil_mode=False)
)
(classifier): Sequential(
(0): Linear(in_features=400, out_features=120, bias=True)
(1): ReLU()
(2): Linear(in_features=120, out_features=84, bias=True)
(3): ReLU()
(4): Linear(in_features=84, out_features=2019, bias=True)
)
)
只加载模型的参数
如果保存的时候，保存的是模型的参数，那么加载时就参数。这种方法需要事先创建一个模型对象，再使用模型的load_state_dict()方法把参数加载到模型中，代码如下：
path_state_dict = "./model_state_dict.pkl"
state_dict_load = torch.load(path_state_dict)
net_new = LeNet2(classes=2019)
print("加载前: ", net_new.features[0].weight[0, ...])
net_new.load_state_dict(state_dict_load)
print("加载后: ", net_new.features[0].weight[0, ...])
模型的断点续训练
在训练过程中，可能由于某种意外原因如断点等导致训练终止，这时需要重新开始训练。断点续练是在训练过程中每隔一定次数的 epoch 就保存模型的参数和优化器的参数，这样如果意外终止训练了，下次就可以重新加载最新的模型参数和优化器的参数，在这个基础上继续训练。
下面的代码中，每隔 5 个 epoch 就保存一次，保存的是一个 dict，包括模型参数、优化器的参数、epoch。然后在 epoch 大于 5 时，就break模拟训练意外终止。关键代码如下：
if (epoch+1) % checkpoint_interval == 0:
checkpoint = {"model_state_dict": net.state_dict(),
"optimizer_state_dict": optimizer.state_dict(),
"epoch": epoch}
path_checkpoint = "./checkpoint_{}_epoch.pkl".format(epoch)
torch.save(checkpoint, path_checkpoint)
在 epoch 大于 5 时，就break模拟训练意外终止
if epoch > 5:
print("训练意外中断...")
break
断点续训练的恢复代码如下：
path_checkpoint = "./checkpoint_4_epoch.pkl"
checkpoint = torch.load(path_checkpoint)
net.load_state_dict(checkpoint['model_state_dict'])
optimizer.load_state_dict(checkpoint['optimizer_state_dict'])
start_epoch = checkpoint['epoch']
scheduler.last_epoch = start_epoch
需要注意的是，还要设置scheduler.last_epoch参数为保存的 epoch。模型训练的起始 epoch 也要修改为保存的 epoch。
参考资料
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