PyTorch的Optimizer训练工具

torch.optim 是一个实现了各种优化算法的库。大部分常用的方法得到支持，并且接口具备足够的通用性，使得未来能够集成更加复杂的方法。

使用 torch.optim，必须构造一个 optimizer 对象。这个对象能保存当前的参数状态并且基于计算梯度更新参数。

例如：

optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr = 0.01, momentum=0.9)
optimizer = optim.Adam([var1, var2], lr = 0.0001)

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构造方法

Optimizer 的 __init__ 函数接收两个参数：第一个是需要被优化的参数，其形式必须是 Tensor 或者 dict；第二个是优化选项，包括学习率、衰减率等。

被优化的参数一般是 model.parameters()，当有特殊需求时可以手动写一个 dict 来作为输入。

例如：

optim.SGD([
    {'params': model.base.parameters()},
    {'params': model.classifier.parameters(), 'lr': 1e-3}
], lr=1e-2, momentum=0.9)

这样 model.base 或者说大部分的参数使用 1e-2 的学习率，而 model.classifier 的参数使用 1e-3 的学习率，并且 0.9 的 momentum 被用于所有的参数。

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梯度控制

在进行反向传播之前，必须要用 zero_grad() 清空梯度。具体的方法是遍历 self.param_groups 中全部参数，根据 grad 属性做清除。

例如：

for input, target in dataset:
    def closure():
        optimizer.zero_grad()
        output = model(input)
        loss = loss_fn(output, target)
        loss.backward()
        return loss
    optimizer.step(closure)

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调整学习率

lr_scheduler 用于在训练过程中根据轮次灵活调控学习率。调整学习率的方法有很多种，但是其使用方法是大致相同的：用一个 Schedule 把原始 Optimizer 装饰上，然后再输入一些相关参数，然后用这个 Schedule 做 step()。

比如以 LambdaLR 举例：

lambda1 = lambda epoch: epoch // 30
lambda2 = lambda epoch: 0.95 ** epoch
scheduler = LambdaLR(optimizer, lr_lambda=[lambda1, lambda2])
for epoch in range(100):
	train(...)
	validate(...)
	scheduler.step()

上面用了两种优化器

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优化方法

optim 库中实现的算法包括 Adadelta、Adagrad、Adam、基于离散张量的 Adam、基于 $\infty$ 范式的 Adam（Adamax）、Averaged SGD、L-BFGS、RMSProp、resilient BP、基于 Nesterov 的 SGD 算法。

以 SGD 举例：

optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1, momentum=0.9)
optimizer.zero_grad()
loss_fn(model(input), target).backward()
optimizer.step()

其它方法的使用也一样：

opt_Adam = torch.optim.Adam(net_Adam.parameters(), lr=0.1, betas=(0.9, 0.99)
opt_RMSprop = torch.optim.RMSprop(net_RMSprop.parameters(), lr=0.1, alpha=0.9)
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