Pytorch 梯度计算，叶子节点，requires_grad，detach

前言

本篇记录pytorch中梯度相关内容，叶子节点定义与detach的使用。

梯度计算

神经网络的参数更新依赖于梯度计算与反向传播。pytorch中的tensor张量存在requires_grad属性，requires_grad=True时，计算图的末端节点进行backward()会自动计算该张量的梯度。

举例：

import torch

a = torch.tensor([1, 1, 1], requires_grad=True, dtype=torch.float32)
b = a.mean()
b.backward()

print(a.grad)  # db/da

叶子节点

即使张量的requires_grad属性为真时，该张量也不一定能够直接通过grad属性访问计算图backward累计的梯度。只有叶子节点同时requires_grad=True的张量，才能通过.grad访问累计梯度；非叶子节点的计算图张量，其梯度在计算后马上被删除以节省内存。

一个经典的梯度计算与参数更新的顺序是：

1. 定义张量计算图（也就是输入与模型的运算）
2. 输出backward累计参数梯度
3. 优化器step更新参数
4. 优化器清除累计的梯度

叶子节点的判断：用户自行创建的requires_grad=True的张量，比如各种网络层nn.Linear, nn.Conv2d的神经元weight, bias或者卷积核参数；requires_grad=False的张量也是叶子节点，但因为它不需要计算梯度，因此认为是游离在计算图之外的。

通过叶子节点运算得来的节点，都是非叶子节点。非叶子节点添加了一个grad_fn属性，记录了该节点产生时使用的运算函数，用于反向计算其梯度（这个梯度只能通过retain_grad函数或者hook机制获得，因为它计算后即被释放）。

张量requires_grad属性修改，detach

上面提到，requires_grad=False的张量梯度不会累计，如果要使得其requires_grad=True，可以使用requires_grad_(True)；

requires_grad=True的非叶子节点不能直接通过requires_grad_(False)修改其梯度属性，可以使用detach剥离其梯度属性，剥离后的张量与原张量内存相同，但不会累计梯度，其属性里也没有了grad_fn。

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

a = torch.tensor([1, 1, 1], requires_grad=True, dtype=torch.float32)
b = torch.tensor([1, 1, 1], requires_grad=False, dtype=torch.float32)
b.requires_grad_(True)
c = (a + 2 * b.detach()).sum()
c.backward()

print(a.grad, b.grad)  # tensor([1., 1., 1.]) None