使用pytorch保存和加载预训练的模型方法

需要使用到的函数

在 PyTorch 中，torch.save() 和 torch.load() 是用于保存和加载模型的核心函数。

torch.save() 函数

主要用途：将模型或模型的状态字典（state_dict）保存到文件中。
语法：

torch.save(obj, f, pickle_module=pickle, pickle_protocol=None, _use_new_zipfile_serialization=True)

obj: 要保存的对象，可以是整个模型（nn.Module）或模型的状态字典（state_dict）。
f: 保存文件的路径。可以是一个字符串路径（如 'model.pth' 或 'model.pkl'）或一个打开的文件对象。
pickle_module: 默认是 pickle，用于序列化对象。你可以使用其他兼容的序列化模块。
pickle_protocol: pickle 协议版本。默认值为 None，表示使用最高可用协议版本。
_use_new_zipfile_serialization: 默认值为 True，控制是否使用新的序列化格式（推荐使用）。

# 保存整个模型
torch.save(model, 'model.pth')# 保存模型的状态字典
torch.save(model.state_dict(), 'model_state_dict.pth')

torch.load() 函数

主要用途：从文件中加载保存的模型或模型的状态字典。
语法：

torch.load(f, map_location=None, pickle_module=pickle)

f: 要加载的文件路径。可以是一个字符串路径或一个打开的文件对象。
map_location: 控制如何将存储位置映射到当前设备。例如，map_location='cuda:0' 表示将模型加载到 GPU 上。
pickle_module: 默认是 pickle，用于反序列化对象。

# 加载整个模型
model = torch.load('model.pth', map_location='cpu')  # 加载到 CPU# 加载模型的状态字典
model_state_dict = torch.load('model_state_dict.pth', map_location='cuda:0')  # 加载到 GPU

加载状态字典到模型

加载状态字典后，通常需要将其加载到一个已经实例化的模型中。可以使用 model.load_state_dict() 方法：
语法：

model.load_state_dict(state_dict, strict=True)

state_dict: 从文件中加载的模型状态字典。
strict: 默认为 True，表示严格加载状态字典中的所有键。如果设置为 False，可以忽略不匹配的键。

# 实例化模型
model = SimpleModel()# 加载状态字典
model_state_dict = torch.load('model_state_dict.pth')# 将状态字典加载到模型中
model.load_state_dict(model_state_dict)

注意事项

设备映射：使用 torch.load() 时，可以指定 map_location 参数来控制模型加载到的设备（如 CPU 或 GPU）。
自定义类：保存和加载整个模型时，需要确保自定义的模型类在加载代码中已经定义，否则会报错。
兼容性：torch.save() 和 torch.load() 使用 pickle 序列化，可能会受到 Python 版本和 PyTorch 版本的影响。建议使用相同版本的 PyTorch 和 Python 进行保存和加载。
推荐使用状态字典：保存和加载状态字典（state_dict）比保存整个模型更灵活和可移植。这样可以避免保存自定义类的依赖关系。

通过以上方法，你可以灵活地保存和加载 PyTorch 模型，无论是 .pth 还是 .pkl 格式，都可以根据需要选择合适的保存方式。

保存和读取.pth格式的预训练模型

保存

import torch
import torch.nn as nn# 定义一个简单的模型
class SimpleModel(nn.Module):def __init__(self):super(SimpleModel, self).__init__()self.fc = nn.Linear(10, 2)def forward(self, x):x = self.fc(x)return x# 创建模型实例
model = SimpleModel()# 假设已经训练了模型，这里只是演示保存
# 保存整个模型
torch.save(model, 'model.pth')
# 或者只保存模型的参数
torch.save(model.state_dict(), 'model_state_dict.pth')

读取

# 如果保存的是整个模型
loaded_model = torch.load('model.pth')
# 如果保存的是模型参数
model_load = SimpleModel()  # 先实例化模型结构
model_load.load_state_dict(torch.load('model_state_dict.pth'))
###########################################################################
# 检查 GPU 是否可用
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')# 加载预训练模型
model = SimpleModel()
model.load_state_dict(torch.load('model_state_dict.pth', map_location=device))# 将模型转移到 GPU
model.to(device)# 示例输入数据
input_data = torch.randn(1, 10).to(device)  # 确保输入数据也在 GPU 上# 前向传播
output = model(input_data)
print(output)

在使用 model.load_state_dict(torch.load('model_state_dict.pth', map_location=device)) 读取模型时，已经指定了 map_location=device，这确保了模型的参数（张量）被加载到指定的设备上。但是，是否还需要调用 model.to(device) 取决于具体的情况。

详细分析

map_location=device 的作用：
- map_location=device 参数用于指定加载的张量应该被放置到哪个设备上。当你加载模型的状态字典时，这个参数确保所有张量（如模型的权重和偏置）被加载到指定的设备（CPU 或 GPU）。
- 这个参数主要用于处理加载时的设备映射，特别是在加载存储在不同设备上的模型时（例如，从 GPU 上保存的模型加载到 CPU 上或反之）。

2 .model.to(device) 的作用：

model.to(device) 用于将整个模型（包括模型的参数、缓冲区等）转移到指定的设备上。这是一个递归操作，会遍历模型的所有子模块并将其转移到目标设备。
如果模型在加载时已经将所有张量加载到了正确的设备上（通过 map_location=device），那么调用 model.to(device) 是冗余的，但它不会产生负面影响。

具体情况分析

加载到 CPU： -你在如果 CPU 上加载模型，并且使用 map_location='cpu'，那么模型的张量已经被加载到 CPU 上。在这种情况下，调用 model.to('cpu') 是不必要的，因为模型已经在 CPU 上了。
加载到 GPU：
- 如果你在 GPU 上加载模型，并且使用 map_location='cuda' 或 map_location=device（其中 device 是 GPU），那么模型的张量已经被加载到 GPU 上。但是，模型对象本身（如模型的结构）可能仍然在 CPU 上。
- 此，调用 model.to(device) 可以确保模型的所有部分（包括模型的结构和参数）都正确地在 GPU 上。

推荐做法

为了确保模型及其所有组成部分都在正确的设备上，建议在加载模型后调用 model.to(device)。这样可以避免潜在的设备不一致问题。

保存和读取.pkl格式的预训练模型

保存

import torch
import torch.nn as nn# 义一个简单的模型
class SimpleModel(nn.Module):def __init__(self):super(SimpleModel, self).__init__()self.fc = nn.Linear(10, 2)def forward(self, x):x = self.fc(x)return x# 创建模型实例
model = SimpleModel()# 保存整个模型
with open('model.pkl', 'wb') as f:torch.save(model, f)
# 或者只保存模型的参数
with open('model_state_dict.pkl', 'wb') as f:torch.save(model.state_dict(), f)

读取

# 如果保存的是整个模型
with open('model.pkl', 'rb') as f:loaded_model = torch.load(f)
# 如果保存的是模型参数
model_load = SimpleModel()  # 先实例化模型结构
with open('model_state_dict.pkl', 'rb') as f:model_load.load_state_dict(torch.load(f))

两种格式的区别：

pth 格式 ：
- 是 PyTorch 推荐的模型保存格式。它使用 Python 的 pickle 模块来序列化模型对象。对于模型的存储来说，它能够较好地保存和加载模型的结构以及参数。当你想要完整地保存和恢复一个模型的训练状态（包括模型结构、参数、优化器等时），使用.pth 格式很方便。
pkl 格式 ：
- 本质上也是使用 pickle 序列化对象。它是一种通用的 Python 对象序列化格式。在 PyTorch 的早期版本中，pkl 格式被广泛用于保存模型。但是使用 pkl 格式时，可能会受到 Python 版本的限制。因为不同 Python 版本之间，pickle 序列化后的对象在反序列化时可能会出现兼容性问题。例如，你在 Python 3.7 环境下用 pickle 保存了一个模型，然后在 Python 3.8 环境下尝试加载时，可能会因为 pickle 协议版本或者对象结构差异等原因导致加载失败。而.pth 格式会更好地处理这些兼容性问题。

注意事项：

当保存整个模型时，如果自定义了模型类，加载模型时也需要提供相同的自定义类定义。否则加载时会出现错误，因为无法识别自定义类的结构。
如果只保存模型参数（state_dict），在加载时必须先实例化一个与保存时相同的模型结构，然后将保存的参数加载到这个结构中。这样可以避免保存自定义类的依赖关系，增加模型的可移植性，但前提是你要清楚地知道模型的结构。