[pytorch] 利用batch normalization对Variable进行normalize/instance normalize

天啦噜！！我发现更新的pytorch已经有instance normalization了！！
不用自己折腾了！！
-2017.5.25

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利用 nn.Module 里的 子类 _BatchNorm (在torch.nn.modules.batchnorm中定义），可以实现各种需求的normalize。

在docs里，可以看到，有3种normalization layer，但其实他们都是继承了_BatchNorm这个类的，所以我们看看BatchNorm2d，就可以对其他的方法举一反三啦~

先来看看文档

不清楚没关系，接下来用例子讲解：
创建一个BatchNorm2d的实例的方法如下

import torch.nn as nn
norm = nn.BatchNorm2d(fea_num, affine=False).cuda()

其中，fea_num 是拉出来的维度，就是说按照 fea_num 的维度，其他维度拉成一长条来normalize，fea_num对应input的第1个（维度从0开始计）维度, 所以两者的值应相等。.cuda()是把这个module放到gpu上。

在普通的batch normalize的情况下

input是（batchsize，channel，height，width）=（4，3，5，5）来看，fea_num对应channel。所以channel=0时，求一次mean，var，做一次normalize；channel=1时，求一次。。channel=2时，求一次。。
在训练中，还有两个可以学习的参数gamma & beta，所以在gamma & beta设定为可变参数的情况下，应该这样创建和使用batchnorm layer：

#input is cuda float Variable of batchsize x channel x height x width
#train state
norm = nn.BatchNorm2d(channel).cuda()#默认affine=True
input = norm(input)

注意：

• 在train之前正确的初始化可变参数
• 在test/eval 模式下，应该用.eval() 固定住可变参数。
• 一个input的测试例子：

import numpy as np
from torch.autograd import Variable
BS = 2
C = 3
H = 2
W = 2
input = np.arange(BS*C*H*W)
input.resize(BS, C, H, W)
input = Variable(torch.from_numpy(input).clone().float()).cuda().contiguous()

如果不需要可变参数 gamma & beta，那直接：

#input is cuda float Variable of batchsize x channel x height x width
norm = nn.BatchNorm2d(channel, affine=False).cuda()
input = norm(input)

其他情况的normalize，如instance normalize

input还是（batchsize，channel，height，width）=（4，3，5，5）假设我们想把batchsize这一个维度拉出来，对每一个instance（batchsize=0~3）看做（3，5，5）的3D tensor 求一次normalize，那怎么做呢？其实很简单，把input的第0维和第1维调换一下就好了。

#input is cuda float Variable of batchsize x channel x height x width
instanceNorm = nn.BatchNorm2d(BS, affine=False).cuda()
input = input .transpose(0,1).contiguous()
input = instanceNorm(input)
input = input .transpose(0,1).contiguous()

注意：

• affine参数看需求设定，注意事项同普通batch normalize情况
• 如果没使用.contiguous()，很有可能报错

RuntimeError: Assertion `THCTensor_(isContiguous)(state, t)' failed. at **/pytorch/torch/lib/THCUNN/generic/BatchNormalization.cu:20

总而言之，记得BatchNorm layer 的 fea_num的取值=input拉出来的那个维度的大小，且该维度应该是input的第1维，如果不是，用resize、transpose、unsqueeze啥的搞到是就好了