PyTorch中的Dataset、Dataloader和_DataloaderIter

Dataset

Pytorch中数据集被抽象为一个抽象类torch.utils.data.Dataset，所有的数据集都应该继承这个类，并override以下两项：
- __len__：代表样本数量。len(obj)等价于obj.__len__()。
- __getitem__：返回一条数据或一个样本。obj[index]等价于obj.__getitem__。建议将节奏的图片等高负载的操作放到这里，因为多进程时会并行调用这个函数，这样做可以加速。

dataset中应尽量只包含只读对象，避免修改任何可变对象。因为如果使用多进程，可变对象要加锁，但后面讲到的dataloader的设计使其难以加锁。如下面例子中的self.num可能在多进程下出问题：

class BadDataset(Dataset):
    def __init__(self):
        self.datas = range(100)
        self.num = 0 # read data times
    def __getitem__(self, index):
        self.num += 1
        return self.datas[index]

Dataloader

官方documentation

Dataset负责表示数据集，它可以每次使用__getitem__返回一个样本。而torch.utils.data.Dataloader提供了对batch的处理，如shuffle等。Dataset被封装在了Dataloader中。

Dataloader的构造函数如下：

class torch.utils.data.DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=False, sampler=None, batch_sampler=None, num_workers=0, collate_fn=<function default_collate>, pin_memory=False, drop_last=False, timeout=0, worker_init_fn=None)

部分参数解释如下：
- num_workers：使用的子进程数，0为不使用多进程。
- - worker_init_fn：默认为None，如果不是None，这个函数将被每个子进程以子进程id（[0, num_workers - 1]之间的数）调用
- sample：采样策略，若这个参数有定义，则shuffle必须为False
- pin_memory：是否将tensor数据复制到CUDA pinned memory中，pin memory中的数据转到GPU中会快一些
- drop_last：当dataset中的数据数量不能整除batch size时，是否把最后 $\text{len(dataset)} \bmod \text{batch_size}$ 个数据丢掉
- collate_fn：把一组samples打包成一个mini-batch的函数。可以自定义这个函数以处理损坏数据的情况（先在__getitem__函数中将这样的数据返回None，然后再在collate_fn中处理，如丢掉损坏数据or再从数据集里随机挑一张），但最好还是确保dataset里所有数据都能用。

另外，Dataloader是个iterable，可以进行相关迭代操作。

DataLoaderIter

Dataset、Dataloader和DataLoaderIter是层层封装的关系，最终在内部使用DataLoaderIter进行迭代。