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PyTorch 与 TensorFlow 中基于自定义层的 DNN 实现对比

news 来源：原创 2025/8/22 8:59:07

深度学习双雄对决：PyTorch vs TensorFlow 自定义层大比拼

目录

一、TensorFlow 实现 DNN

1. 核心逻辑

  • 直接继承 tf.keras.layers.Layer：无需中间类，直接在 build 中定义多层结构。
  • 动态参数管理：通过 add_weight 注册每一层的权重和偏置。
import tensorflow as tfclass CustomDNNLayer(tf.keras.layers.Layer):def __init__(self, hidden_units, output_dim, **kwargs):super(CustomDNNLayer, self).__init__(**kwargs)self.hidden_units = hidden_unitsself.output_dim = output_dimdef build(self, input_shape):# 输入层到第一个隐藏层self.w1 = self.add_weight(name='w1', shape=(input_shape[-1], self.hidden_units[0]),initializer='random_normal',trainable=True)self.b1 = self.add_weight(name='b1',shape=(self.hidden_units[0],),initializer='zeros',trainable=True)# 隐藏层之间self.ws = []self.bs = []for i in range(len(self.hidden_units) - 1):self.ws.append(self.add_weight(name=f'w{i+2}', shape=(self.hidden_units[i], self.hidden_units[i+1]),initializer='random_normal',trainable=True))self.bs.append(self.add_weight(name=f'b{i+2}',shape=(self.hidden_units[i+1],),initializer='zeros',trainable=True))# 输出层self.wo = self.add_weight(name='wo',shape=(self.hidden_units[-1], self.output_dim),initializer='random_normal',trainable=True)self.bo = self.add_weight(name='bo',shape=(self.output_dim,),initializer='zeros',trainable=True)def call(self, inputs):x = tf.matmul(inputs, self.w1) + self.b1x = tf.nn.relu(x)for i in range(len(self.hidden_units) - 1):x = tf.matmul(x, self.ws[i]) + self.bs[i]x = tf.nn.relu(x)x = tf.matmul(x, self.wo) + self.boreturn x

二、PyTorch 实现自定义层

1. 核心逻辑

  • 继承 nn.Module：自定义层本质是模块的组合。
  • 使用 nn.ModuleList：动态管理多个 nn.Linear 层。
import torch
import torch.nn as nnclass CustomPyTorchDNN(nn.Module):def __init__(self, input_size, hidden_sizes, output_size):super(CustomPyTorchDNN, self).__init__()self.hidden_layers = nn.ModuleList()prev_size = input_size# 动态添加隐藏层for hidden_size in hidden_sizes:self.hidden_layers.append(nn.Linear(prev_size, hidden_size))prev_size = hidden_size# 输出层self.output_layer = nn.Linear(prev_size, output_size)def forward(self, x):for layer in self.hidden_layers:x = torch.relu(layer(x))x = self.output_layer(x)return x

三、关键差异对比

维度TensorFlow 实现PyTorch 实现
类继承方式直接继承 tf.keras.layers.Layer，无中间类。继承 nn.Module，通过 nn.ModuleList 管理子模块。
参数管理在 build 中显式注册每层权重（add_weight）。自动注册所有 nn.Linear 参数（无需手动操作）。
前向传播定义通过 call 方法逐层计算，需手动处理每层的权重和激活函数。通过 forward 方法逐层调用 nn.Linear，激活函数手动插入。
灵活性更底层，适合完全自定义逻辑（如非线性变换、特殊参数初始化）。更简洁，适合快速构建标准网络结构。
训练流程需手动实现训练循环（反向传播 + 优化器）。需手动实现训练循环（与 TensorFlow 类似）。

四、总结

  • TensorFlow：通过直接继承 tf.keras.layers.Layer，可实现完全自定义的 DNN，但需手动管理多层权重和激活逻辑，适合对模型细节有严格控制需求的场景。
  • PyTorch：通过直接继承 nn.Module，可实现完全自定义的 DNN;利用 nn.ModuleList 和 nn.Linear 的组合，能高效构建标准 DNN 结构，代码简洁且易于扩展，适合快速原型开发和研究场景。

两种实现均满足用户对“直接继承核心类 + 使用基础组件”的要求，可根据具体任务选择框架。

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