PyTorch嵌入层(nn.Embedding)

在 PyTorch 中，nn.Embedding 层（即 model.user_embedding）除了 .weight 这个核心属性外，还有其他属性和方法。以下是完整的解析：

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1. 主要属性

(1) weight（核心参数）

• 作用：存储所有嵌入向量的可训练权重矩阵。
• 形状：(num_embeddings, embedding_dim)。
• 示例：

  print(model.user_embedding.weight.shape)  # 输出：torch.Size([3, 4])
  

(2) num_embeddings

• 作用：返回嵌入向量的总数（即用户/物品的数量）。
• 示例：

  print(model.user_embedding.num_embeddings)  # 输出：3
  

(3) embedding_dim

• 作用：返回每个嵌入向量的维度。
• 示例：

  print(model.user_embedding.embedding_dim)  # 输出：4
  

(4) padding_idx（可选）

• 作用：如果设置了 padding_idx，则对应的嵌入向量会被强制设为 0 且不参与训练。
• 示例：

  # 初始化时设置 padding_idx=0
  self.user_embedding = nn.Embedding(3, 4, padding_idx=0)
  print(model.user_embedding.padding_idx)  # 输出：0
  print(model.user_embedding.weight[0])    # 输出：tensor([0., 0., 0., 0.], grad_fn=<SelectBackward>)
  

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2. 主要方法

(1) forward(input)

• 作用：根据输入的 ID 返回对应的嵌入向量。
• 示例：

  input_ids = torch.tensor([0, 1, 2])  # 查询用户 0、1、2 的向量
  embeddings = model.user_embedding(input_ids)  # 返回 shape (3, 4)
  

(2) reset_parameters()

• 作用：重新随机初始化权重（通常在训练前调用）。
• 内部逻辑：默认使用均匀分布 $U(-\sqrt{k},\sqrt{k})$，其中 $k=\frac{1}{\text{embedding\_dim}}$。
• 示例：

  model.user_embedding.reset_parameters()
  

(3) extra_repr()

• 作用：返回层的额外信息（用于 print 时显示）。
• 示例：

  print(model.user_embedding.extra_repr())  
  # 输出：'num_embeddings=3, embedding_dim=4'
  

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3. 其他底层属性（一般无需直接操作）

• _parameters：存储所有可训练参数（包括 weight）。
• _buffers：存储非可训练参数（如 BatchNorm 的 running_mean）。
• training：布尔值，表示是否处于训练模式。

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4. 完整属性/方法列表

可以通过 dir() 查看所有属性和方法：

print(dir(model.user_embedding))

输出示例：

['__class__', '__delattr__', '__dir__', ..., 'weight', 'num_embeddings', 'embedding_dim', 'padding_idx', 'forward', 'reset_parameters']

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5. 关键总结

属性/方法	用途	示例值/调用方式
.weight	核心权重矩阵	shape=(3, 4)
.num_embeddings	嵌入向量的总数（用户数）	3
.embedding_dim	每个向量的维度	4
.padding_idx	指定填充索引（可选）	None 或 0
.forward(input)	查询嵌入向量	model.user_embedding([0, 1])
.reset_parameters()	重新初始化权重	model.user_embedding.reset_parameters()

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6. 常见问题

Q：如何修改嵌入向量？

• 直接操作 .weight：

  # 将用户 0 的向量置零
  model.user_embedding.weight.data[0] = torch.zeros(4)
  

Q：如何冻结嵌入层？

• 禁用梯度：

  model.user_embedding.weight.requires_grad = False
  

Q：padding_idx 和普通索引有什么区别？

• padding_idx 对应的向量会固定为 0，且不参与梯度更新。

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掌握这些属性和方法后，你可以更灵活地操作嵌入层！ 🚀