【Pytorch】反向传播算法

前向算法中,需要w参与运算,w是网络中各个连接上的权重,这个值需要在训练中确定,在传统的机器学习方法中,可以通过梯度下降来确定权重的调整。在多层感知机中获得隐藏层的权重是困难的,我们能做的是计算输出层的误差更新参数。虽然无法直接获得隐藏层的权值,但是我们知道在权重变化后相应的输出误差的变化。预测值和真实值之间的差别可以评估输出层的误差,然后根据输出层的误差,计算最后一个隐藏层中的每个神经元对输出层误差影响了多少,最后一层隐藏层的误差又由前一层的隐藏层的计算得出。如此类推,直到输入层,这就是反向传播算法的思想。
反向传播算法基于梯度下降策略,是链式求导法则的一个应用,以目标的负梯度方向对参数进行调整。这是一场以误差为主导的反向传播运动,旨在得到最优的全局参数矩阵,进而将多层神经网络应用到分类或者回归任务当中去。
在反向传播算法中有一个超参数:学习率,用来制定反向传播过程中调整神经网络权重的速率,学习率越小岩者梯度下降的速度越慢,训练也就越慢,特别是在训练的初期,需要很长时间才能接近完美的训练目标。如果学习率过大,在训练过程中就会出现震荡的现象。通常在训练初期给一个较小的学习率,随后逐步增大学习率。这样做的原因是:如果一开始选择较大的学习率,可能导致损失之爆炸和震荡;若后期选择较小的学习率,可能会导致过拟合和收敛速度慢。
Pytorh封装了这一系列复杂的计算,Pytorch中所有神经网络的核心是autograd自动求导包。torch.autograd包的核心是Variable类,Variable类封装了Tensor并支持所有Tensor的操作,在程序中一旦完成了前向的计算,就可以直接调用.backward()方法,这时所有的梯度计算会自动进行。如果Variable是标量的形式,则不必指定任何参数给backward()。否则就需要制定一个和Variables形状匹配的grad_variables参数,用来保存相关Variable的梯度。
Pytorch中运算反向传播的例子:

from torch import torch.autograd
import Variable

#创建Variable变量
x = Variable(torch.ones(2,2), requires_grad=True)

#对Variable的操作
y = x + 2
z = y * y * 3
out = z.mean()

#自此关于out的前向运算计算完毕,就可以调用backward()函数
out.backward()

参考资料:Pytorch机器学习:从入门到实践

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