Week 2 · Python · 2小时
🎯 今日学习目标
- 掌握面向对象编程，为 PyTorch nn.Module 打基础
📖 1. 面向对象编程
1.1 类与对象
PyTorch 的所有模型都继承自 nn.Module，理解 OOP 是使用框架的前提：
class LinearLayer: def __init__(self, in_features, out_features):# 初始化权重 (正态分布) self.weight = np.random.randn(out_features, in_features) * 0.01 self.bias = np.zeros(out_features) def forward(self, x): return x @ self.weight.T + self.bias def __call__(self, x): return self.forward(x)# 使用layer = LinearLayer(4, 2)x = np.random.randn(3, 4)# 3个样本，每个4维output = layer(x)# 通过 __call__ 自动调用 forwardprint(output.shape)# (3, 2)
1.2 继承与多态
PyTorch 中自定义模型继承 nn.Module，重写 forward 方法。这种设计让我们可以像搭积木一样组合模型。
📖 2. 装饰器与上下文管理器
2.1 装饰器
装饰器用于在不修改函数的前提下添加功能，在框架中大量使用：
import timefrom functools import wraps# 计时装饰器：测量函数执行时间def timer(func): @wraps(func) def wrapper(*args, **kwargs): start = time.time() result = func(*args, **kwargs) elapsed = time.time() - start print(f”{func.__name__} 耗时: {elapsed:.3f}s”) return result return wrapper@timerdef train_epoch(model, data):# 模拟训练 time.sleep(0.5) return ”done”train_epoch(None, None)# train_epoch 耗时: 0.500s
2.2 上下文管理器
PyTorch 中 with torch.no_grad(): 就是上下文管理器，用于管理资源生命周期：
class Timer: def __enter__(self): self.start = time.time() return self def __exit__(self, *args): print(f”耗时: {time.time() - self.start:.3f}s”)with Timer():# 这里的代码会被自动计时 sum(range(1000000))
📖 3. 类型注解与 dataclass
from dataclasses import dataclassfrom typing import List, Optionalimport numpy as np@dataclassclass TrainingConfig: lr: float = 0.001 batch_size: int = 32 epochs: int = 100 device: str = ”cuda” layers: List[int] = None def __post_init__(self): if self.layers is None: self.layers = [128, 64]config = TrainingConfig(lr=0.01, epochs=50)print(config)# 自动生成 __repr__print(config.batch_size)# 32 (使用默认值)
✏️ 动手练习
- 实现一个 ReLU 激活函数类，继承上面的 LinearLayer 模式
- 写一个装饰器 @log_calls，记录函数调用次数和参数
- 用 dataclass 定义一个 ModelConfig，包含模型名、隐藏层维度列表、dropout 概率
- 实现一个上下文管理器 RandomSeed，在 with 块内设置随机种子，退出后恢复
✅ 今日总结
- ✓ OOP 是理解 PyTorch 模型定义的前提
- ✓ 上下文管理器管理资源（如 torch.no_grad()）
📚 延伸阅读
- Python 官方教程：https://docs.python.org/3/tutorial/classes.html
- Real Python - Decorators：https://realpython.com/primer-on-python-decorators/
- Fluent Python（Luciano Ramalho）：Python 进阶必读
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
