标量链式法则
y = f ( u ) , u = g ( x ) ∂ y ∂ x = ∂ y ∂ u ∂ u ∂ x y=f(u),u=g(x) \quad\ {\partial y \over \partial x}={\partial y \over \partial u}{\partial u \over \partial x} y=f(u),u=g(x) ∂x∂y=∂u∂y∂x∂u
from mxnet import sym
a = sym.var()
b = sym.var()
c = 2 * a + b
# bind data into a and b later
先定义好公式,再将数值带入
from mxnet import autograd, nd
with autograd.record():
a = nd.ones((2, 1))
b = nd.ones((2, 1))
c = 2 * a + b
因为要存储所有中间结果,所以特别耗GPU资源
假设我们想对函数 y = 2 x T x y = 2x^Tx y=2xTx 关于列向量 x 求导
import torch
x = torch.arange(4.0)
x
tensor([0., 1., 2., 3.])
在我们计算 y 关于 x 的梯度之前,我们需要一个地方来存储梯度。
x.requires_grad(True) # 等价于 `x = torch.arange(4.0, requires_grad=True)`
x.grad # 默认值是None
现在让我们计算y。
y = 2 * torch.dot(x, x)
y
tensor(28.)
通过调用反向传播函数来自动计算y
关于x
每个分量的梯度
y.backward()
x.grad
tensor([ 0., 4., 8., 12.])
算出来的值应该是 4x,可以验证一下
x.grad == 4 * x
tensor([True, True, True, True])
现在让我们计算x
的另一个函数
# 在默认情况下,PyTorch会累积梯度,我们需要清除之前的值
x.grad.zero_()
y = x.sum()
y.backward()
x.grad
tensor([1., 1., 1., 1.])
深度学习中,我们的目的不是计算微分矩阵,而是批量中每个样本单独计算的偏导数之和。
# 对非标量用`backword`需要传入一个`gradient`参数,该参数指定微分参数
x.grad.zero_()
y = x * x
# 等价于y.backword(torch.ones(len(x))
y.sum().backward()
x.grad
tensor([0., 2., 4., 6.])
为什么求导的时候要进行这个sum操作?
梯度只能为标量(即一个数)输出隐式地创建。
将某些计算移动到记录的计算图之外
x.grad.zero_()
y = x * x
u = y.detach() # 将参数常数化
z = u * x
z.sum().backward()
x.grad == u
tensor([True, True, True, True])
后期再将一些网络参数固定住的时候,很有用
x.grad.zero_()
y.sum().backward()
x.grad == 2 * x
tensor([True, True, True, True])
即使构建函数的计算图需要通过 Python 控制流(例如,条件、循环或任意函数调用),我们仍然可以计算得到的变量的梯度。
def f(a):
b = a * 2
while b.norm() < 1000:
b = b * 2
if b.sum() > 0:
c = b
else:
c = 100 * b
return c
a = torch.randn(size=(), requires_grad=True)
d = f(a)
d.backward()
a.grad == d / a
tensor(True)
显示构造和隐式构造的区别?
显示计算:先给公式再给值
隐式计算:先给值再给公式
为什么深度学习一般对标量求导?
因为 Loss 大多时候就是标量。