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根据 PyTorch 官方文档，`torch.nn.Parameter` 是一个类，继承自 `torch.Tensor`，主要用于表示神经网络模型中的可训练参数。它本身并没有定义许多独立的方法，而是继承了 `torch.Tensor` 的大部分方法，同时具备一些特殊属性，用于与 `torch.nn.Module` 配合管理模型参数。以下是对 `torch.nn.Parameter` 的详细讲解，包括其作用、特性以及与参数管理相关的方法，基于官方文档和其他可靠来源。
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### 1. `torch.nn.Parameter` 的定义与作用
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**官方定义**：
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```python
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class torch.nn.parameter.Parameter(data=None, requires_grad=True)
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```
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- **作用**：`torch.nn.Parameter` 是一种特殊的 `torch.Tensor`，用于表示神经网络模型的可训练参数。当它被赋值给 `torch.nn.Module` 的属性时，会自动注册到模块的参数列表中（通过 `parameters()` 或 `named_parameters()` 方法访问），并参与梯度计算和优化。
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- **特性**：
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- **自动注册**：当 `nn.Parameter` 实例被赋值给 `nn.Module` 的属性时，它会自动添加到模块的 `parameters()` 迭代器中，而普通 `torch.Tensor` 不会。
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- **默认梯度**：`requires_grad` 默认值为 `True`，表示参数需要计算梯度，即使在 `torch.no_grad()` 上下文中也是如此。
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- **用途**：常用于定义模型的可训练权重、偏置，或其他需要优化的参数（如 Vision Transformer 中的 positional embedding 或 class token）。
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**参数说明**：
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- `data`：一个 `torch.Tensor`，表示参数的初始值。
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- `requires_grad`：布尔值，指示是否需要计算梯度，默认 `True`。
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**示例**：
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```python
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import torch
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import torch.nn as nn
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# 创建一个 Parameter
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param = nn.Parameter(torch.randn(3, 3))
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print(param) # 输出 Parameter 类型的张量，requires_grad=True
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# 定义一个简单的模型
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class MyModel(nn.Module):
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def __init__(self):
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super(MyModel, self).__init__()
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self.weight = nn.Parameter(torch.randn(3, 3))
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def forward(self, x):
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return torch.matmul(x, self.weight)
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model = MyModel()
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print(list(model.parameters())) # 包含 self.weight
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```
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### 2. `torch.nn.Parameter` 的方法
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`torch.nn.Parameter` 本身没有定义额外的方法，它继承了 `torch.Tensor` 的所有方法，并通过与 `nn.Module` 的交互提供参数管理的功能。以下是与 `nn.Parameter` 相关的核心方法（主要通过 `nn.Module` 访问）以及 `torch.Tensor` 的常用方法在 `nn.Parameter` 上的应用：
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#### 2.1 通过 `nn.Module` 访问 `nn.Parameter` 的方法
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这些方法是 `torch.nn.Module` 提供的，用于管理 `nn.Parameter` 实例：
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1. **`parameters()`**：
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- **作用**：返回模型中所有 `nn.Parameter` 实例的迭代器。
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- **返回值**：`Iterator[Parameter]`，包含所有参数的张量。
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- **示例**：
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```python
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for param in model.parameters():
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print(param.shape) # 打印每个参数的形状
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```
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2. **`named_parameters()`**：
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- **作用**：返回一个迭代器，包含模型中所有 `nn.Parameter` 的名称和对应的参数张量。
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- **返回值**：`Iterator[Tuple[str, Parameter]]`，每个元素是参数名称和参数的元组。
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- **示例**：
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```python
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for name, param in model.named_parameters():
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print(f"Parameter name: {name}, Shape: {param.shape}")
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```
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3. **`_parameters`**：
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- **作用**：`nn.Module` 的属性，是一个 `OrderedDict`，存储模块中直接定义的 `nn.Parameter` 实例。
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- **示例**：
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```python
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print(model._parameters) # 输出 OrderedDict，包含 weight 参数
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```
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4. **`apply(fn)`**：
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- **作用**：递归地将函数 `fn` 应用于模块及其子模块的所有参数，常用于参数初始化。
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- **示例**：
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```python
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def init_weights(m):
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if isinstance(m, nn.Linear):
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m.weight.data.fill_(1.0)
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model.apply(init_weights) # 初始化所有参数
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```
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5. **`cpu()` / `cuda(device_id=None)`**：
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- **作用**：将所有参数（包括 `nn.Parameter`）移动到 CPU 或指定的 GPU 设备。
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- **示例**：
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```python
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model.cuda() # 将模型参数移动到 GPU
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```
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6. **`to(device)`**：
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- **作用**：将参数移动到指定设备（CPU 或 GPU），支持更灵活的设备管理。
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- **示例**：
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```python
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device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
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model.to(device)
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```
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7. **`double()` / `float()` / `half()`**：
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- **作用**：将所有参数转换为指定的数据类型（如双精度、单精度或半精度）。
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- **示例**：
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```python
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model.double() # 转换为双精度
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```
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#### 2.2 继承自 `torch.Tensor` 的方法
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`nn.Parameter` 是 `torch.Tensor` 的子类，因此可以使用 `torch.Tensor` 的所有方法。以下是一些常用的方法，特别适用于参数操作：
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1. **张量操作**：
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- `add_()`, `mul_()`, `div_()` 等：原地修改参数值。
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- `zero_()`：将参数值置零，常用于重置梯度或参数。
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- **示例**：
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```python
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param = nn.Parameter(torch.randn(3, 3))
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param.zero_() # 将参数置零
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```
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2. **梯度相关**：
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- `grad`：访问参数的梯度（一个 `torch.Tensor`）。
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- `zero_grad()`：通过优化器调用，清除参数的梯度。
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- **示例**：
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```python
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optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
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optimizer.zero_grad() # 清除所有参数的梯度
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```
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3. **形状操作**：
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- `view()`, `reshape()`：改变参数的形状。
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- **示例**：
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```python
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param = nn.Parameter(torch.randn(3, 3))
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reshaped_param = param.view(9) # 展平为 1D 张量
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```
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4. **数学运算**：
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- `sum()`, `mean()`, `std()` 等：对参数值进行统计计算。
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- **示例**：
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```python
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print(param.mean()) # 计算参数的均值
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```
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5. **克隆与分离**：
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- `clone()`：创建参数的副本。
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- `detach()`：分离参数，创建一个不需要梯度的新张量。
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- **示例**：
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```python
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param_clone = param.clone() # 复制参数
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param_detached = param.detach() # 分离，requires_grad=False
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```
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#### 2.3 与优化器交互
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`nn.Parameter` 的主要用途是与优化器（如 `torch.optim.SGD` 或 `Adam`）一起使用。优化器通过 `model.parameters()` 获取所有 `nn.Parameter` 实例，并更新它们的值。
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**示例**：
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```python
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import torch.optim as optim
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model = MyModel()
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optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)
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loss_fn = nn.MSELoss()
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# 前向传播
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x = torch.randn(1, 3)
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y = torch.randn(1, 3)
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out = model(x)
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loss = loss_fn(out, y)
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# 反向传播与优化
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optimizer.zero_grad()
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loss.backward()
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optimizer.step() # 更新所有 nn.Parameter
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```
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### 3. 注意事项与常见问题
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1. **与普通 Tensor 的区别**：
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- 普通 `torch.Tensor` 即使设置 `requires_grad=True`，也不会自动添加到 `nn.Module` 的参数列表中。
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- `nn.Parameter` 默认 `requires_grad=True`，且会自动注册为模型参数。
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2. **初始化参数**：
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- 可以使用 `torch.nn.init` 模块初始化 `nn.Parameter`。
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- **示例**：
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```python
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import torch.nn.init as init
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param = nn.Parameter(torch.randn(3, 3))
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init.xavier_uniform_(param) # 使用 Xavier 初始化
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```
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3. **临时状态 vs 参数**：
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- 如果需要在模型中存储临时状态（如 RNN 的隐藏状态），应使用普通 `torch.Tensor` 或 `nn.Module.register_buffer()`，避免注册为可训练参数。
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4. **Vision Transformer 示例**：
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- 在 Vision Transformer 中，`nn.Parameter` 常用于定义可学习的 `cls_token` 和 `pos_embedding`：
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```python
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class ViT(nn.Module):
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def __init__(self, num_patches, dim):
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super(ViT, self).__init__()
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self.cls_token = nn.Parameter(torch.randn(1, 1, dim))
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self.pos_embedding = nn.Parameter(torch.randn(1, num_patches + 1, dim))
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```
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### 4. 总结
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`torch.nn.Parameter` 本身没有定义独特的方法，但通过继承 `torch.Tensor` 和与 `nn.Module` 的交互，提供了强大的参数管理功能。核心方法（如 `parameters()`、`named_parameters()`）通过 `nn.Module` 访问，而 `torch.Tensor` 的方法（如 `zero_()`、`view()`）直接应用于 `nn.Parameter` 实例。以下是关键点：
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- **自动注册**：赋值给 `nn.Module` 属性时，自动加入参数列表。
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- **梯度计算**：默认 `requires_grad=True`，支持优化。
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- **灵活操作**：继承 `torch.Tensor` 的所有方法，适用于张量操作。
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**参考文献**：
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- PyTorch 官方文档：`torch.nn.Parameter`[](https://docs.pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.parameter.Parameter.html)[](https://docs.pytorch.ac.cn/docs/stable/generated/torch.nn.parameter.Parameter.html)
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- 极客教程：理解 `torch.nn.Parameter`[](https://geek-docs.com/pytorch/pytorch-questions/21_pytorch_understanding_torchnnparameter.html)
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- CSDN 博客：`torch.nn.Parameter` 讲解[](https://blog.csdn.net/weixin_44878336/article/details/124733598)[](https://blog.csdn.net/weixin_44966641/article/details/118730730)
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