Pytorch教程入门系列4----Autograd自动求导机制

系列文章目录

---

---

前言

今天我们一起来谈一下pytorch的一个重要特性----自动求导机制Autograd。

---

一、Autograd是什么？

Autograd自动求导机制，是pytorch中针对神经网络反向求导与梯度更新所开发的便利工具，内嵌在tensor操作中。

二、Autograd的使用方法

1.在tensor中指定

创建Tensor时声明requires_grad参数为true

    >>> import torch
    >>> a=torch.randn(5, 3, requires_grad=True)
    >>> b=torch.randn(5, 3)
    >>> a.requires_grad, b.requires_grad
    True, False
    # 可以看到默认的Tensor是不需要求导的，设置requires_grad为True后则需要求导
    # 也可以通过内置函数requires_grad_()将Tensor变为需要求导
    >>> b.requires_grad_()
    >>> b.requires_grad
    True
   

2.重要属性

tensor的两个重要属性:
.grad：记录梯度
.grad_fn：记录操作

require_grad参数表示是否需要对该Tensor进行求导，默认为False,一旦设定为True，则该Tensor的之后的所有节点都自动默认为True.

 
  	>>> import torch
    >>> a=torch.randn(3, 3)
    >>> b=torch.randn(3, 3, requires_grad=True)
    >>> c = a + b
    >>> c.requires_grad
    True
    # 通过计算生成的Tensor，由于依赖的Tensor需要求导，因此c也需要求导

    >>> a.grad_fn, b.grad_fn, c.grad_fn
    (None, None, <AddBackward1 object at 0x7fa7a53e04a8>)
     # a与b是自己创建的，grad_fn为None，而c的grad_fn则是一个Add函数操作
 
    >>> d = c.detach()
    >>> d.requires_grad
    False
   # Tensor.detach()函数生成的数据默认requires_grad为False。 

三、Autograd的进阶知识

1、动态计算图

每一步Tensor的计算操作,会生成计算图,并将操作的function记录在Tensor的grad_fn中。每一次前向都会生成新的计算图，这是动态的来源。同时反向一次之后计算图就会清空，不能在此基础上继续进行求导。

在前向计算完后，只需对根节点进行backward函数操作，即可从当前根节点自动进行反向传播与梯度计算，从而得到每一个叶子节点的梯度，梯度计算遵循链式求导法则。

2、梯度累加

grad一般计算完继续保留，不主动清空会累加。

for i, (inputs, labels) in enumerate(trainloader):
    outputs = net(inputs)                   # 正向传播
    loss = criterion(outputs, labels)       # 计算损失函数
    loss = loss / accumulation_steps        # 损失标准化
    loss.backward()                         # 反向传播，计算梯度
    if (i+1) % accumulation_steps == 0:
        optimizer.step()                    # 更新参数
        optimizer.zero_grad()               # 梯度清零
        if (i+1) % evaluation_steps == 0:
            evaluate_model()

1.正向传播，将数据传入网络，得到预测结果
2.根据预测结果与label，计算损失值
3.利用损失进行反向传播，计算参数梯度
4.重复1-3，不清空梯度，而是将梯度累加
5.梯度累加达到固定次数之后，更新参数，然后将梯度清零

总结来讲，梯度累加就是每计算一个batch的梯度，不进行清零，而是做梯度的累加，当累加到一定的次数之后，再更新网络参数，然后将梯度清零。

通过这种参数延迟更新的手段，可以实现与采用大batch size相近的效果。大多数情况下，采用梯度累加训练的模型效果，要比采用小batch size训练的模型效果要好很多。

---

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了自动求导机制的使用和意义，后续的使用中一般会集成在模块中，熟悉它的相关流程更重要。