leaf Variable、requires_grad、grad_fn的含义以及它们之间的关系

文章内容皆为个人理解，不足之处敬请指正。

1、requires_grad
requires_grad是pytorch中tensor的一个属性，如果requires_grad=True，在进行反向传播的时候会记录t该tensor梯度信息。为了下面方便举例，我将进行运算的tensor称为父tensor，运算后的tensor称为子tensor，比如：c=a+b，c就是子tensor，a、b都为父tensor。

import torch
a=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=True)
b=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False) #默认False
c=torch.sum(a*2)
c.backward()
print(a.grad)

d=torch.sum(b+a)
d.backward()
print(b.grad)
print(b.requires_grad)
'''结果
tensor([2., 2., 2., 2.])
None
True   #只要父tensor里有requires_grad=True的，子tensor的requires_grad=True
'''

可以看到requires_grad=True时进行反向传播会记录tensor的梯度信息，很方便我们使用梯度下降法。

2、grad_fn
grad_fn也是tensor的一个属性，它记录的是tensor的运算信息，比如c=a+b，那么c.grad_fn=，记录grad_fn信息的意义有利于我们使用反向传播算法，由子tensor计算父tensor的梯度。

import torch
a=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=True)
b=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False) #默认false
c=a+b
print(a.grad_fn,b.grad_fn)
print(c.grad_fn)
print(c)
'''结果
None None

tensor([2., 4., 6., 8.], grad_fn=)
'''

a、b是直接创建的、没有经过运算的tensor，其grad_fn=None，还有一个值得注意的地方，如果父tensor的requires_grad都为False，子tensor的grad_fn=None。因为你都不准备记录父tensor的梯度信息了，那么再记录子tensor的grad_fn信息也没什么必要了。

import torch
a=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False)
b=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False) #默认false
c=a+b
print(c.grad_fn)
print(c)
'''结果
None
tensor([2., 4., 6., 8.])
'''

3、leaf Variable
在写leaf Variable之前，我想先写一下Variable，可以帮助理清leaf Variable、requires_grad、grad_fn之间的关系。我们都知道，用pytorch搭建神经网络，数据都是tensor类型的，在先前的一些pytorch版本中（到底哪些我也不清楚，当前v1.3.1），tensor似乎只包含data信息，不会记录requires_grad、grad_fn信息，转化成variable之后才会有requires_grad和grad_fn属性。现在Variable基本可以被直接用tensor替代了，虽然现在还保留着Variable方法，我觉得用不到了，直接用tensor就可以了。

#Variable的使用
from torch.autograd import Variable
a=Variable(tensor,requires_gard=bool值)

leaf variable，你直接理解为手动创建的tensor也无妨，运算得到的tensor都不是leaf variable，可以用 .is_leaf查看tensor是否为leaf variable。

import torch
a=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=True)
b=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False) #默认false
c=a+b
print(a.is_leaf)
print(c.is_leaf)
'''结果
True
False
'''

如果只这么理解，我觉得也足够了。

但其实还有一类经过运算得到的tensor也可以为leaf variable，那就是父tensor的requires_grad全为False的子tensor，

import torch
a=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False)
b=torch.tensor([1.,2,3,4],requires_grad=False) #默认false
c=a+b
print(c.is_leaf)
print(c.grad_fn)
'''结果
True
None
'''

所以，更准确的来说，应该是grad_fn为None的tensor都是leaf variable，反之皆不是。我们可以例子中的c=a+b看作是一种直接创建tensor的方法，因为父tensor a和b除了进行c=a+b运算创建c之外，以后的反向传播算法以及我们关心的梯度，跟他俩都没关系(这儿可以把a、b、c当成神经网络底层的一部分)，所以，从c才可能开始与梯度打交道。