[人工智能]1. Pytorch 自动求梯度

目录

一、概念

?????????二、Tensor

1. 创建Tensor并设置属性requires_grad=True

?2. Tensor运算操作

3. 复杂一点的运算

4. 使用函数requires_grad()来改变requires_grad属性

三、?梯度

1. 求解梯度

2. 中断梯度

3. 改变Tensor的数值，但不希望影响方向传播

????????

Pytorch 提供autograd包能够能够根据输入和向前传播过程自动构建计算图，并执行反向图，本文介绍如何使用autograd包来进行自动求梯度。

一、概念

????????autograd 包的第一个核心类是Tensor，如果将其属性 “.requires_grad” 设置为True，它将开始追踪（track）在其上的所有操作（意味着可以利用链式法则进行梯度传播）。完成计算后，调用函数“.backward()”完成所有梯度计算。此Tensor的体积将会累计到属性“.grad”中。

? ? ?【注意：在y.backward()时，如果y是标量，则不需要为backward（）传入任何参数，否则，需要传入一个与y同形状的Tensor。】

???? 如果不想要被继续追踪，可以调用函数“.detech()”将Tensor从追踪记录中分离出来，这样梯度就传不过去了。此外，还可以用“with torch.no_grad()”将不想被追踪的操作代码块包裹起来。这种方法在模型评估的时候很常用，因为在评估的时候，我们不需要计算可训练参数（requires_grad=True）的梯度。

???? Autograde第二个重要的类Function，Tensor和Function互相结合可以构成一个记录有整个计算过程的有向无环图（DAG），每个Tensor都有一个“.grad_fu”属性，该属性即创建该Tensor的Function，也就是说，该Tensor是通过哪些运算得到的。若是，则grad_fu返回一个与这些运算相关的对象，否则为None。

二、Tensor

1. 创建Tensor并设置属性requires_grad=True

x = torch.ones(2, 2, requires_grad=True)
print(x)
print(x.grad_fun)

输出：

tensor([[1., 1.],
        [1., 1.]], requires_grad=True)
None

?2. Tensor运算操作

y = x + 2
print(y)
print(y.grad_fn)

输出：

tensor([[3., 3.],
        [3., 3.]], grad_fn=<AddBackward>)
<AddBackward object at 0x1100477b8>

【注意：x是直接创建的，所以它没有“.grad_fu”,而y是通过加法创建的，所以他有一个<AddBackward>的grad_fu】

像x这种直接被创建的称为叶子节点，叶子节点对应的grad_fn是None

3. 复杂一点的运算

z = y * y * 3
out = z.mean()
print(z, out)

输出：

tensor([[27., 27.],
        [27., 27.]], grad_fn=<MulBackward>) tensor(27., grad_fn=
<MeanBackward1>)

4. 使用函数requires_grad()来改变requires_grad属性

a = torch.randn(2, 2) # 缺失情况下默认 requires_grad = False
a = ((a * 3) / (a - 1))
print(a.requires_grad) # False
a.requires_grad_(True)
print(a.requires_grad) # True
b = (a * a).sum()
print(b.grad_fn)

输出：

False
True
<SumBackward0 object at 0x118f50cc0>

三、?梯度

1. 求解梯度

??我们对以上所述的变量out 调用backward()计算梯度

out.backward() # 等价于 out.backward(torch.tensor(1.))
print(x.grad)

? 输出：

tensor([[4.5000, 4.5000],
        [4.5000, 4.5000]])

【注意：grad属性在反向传播中是累加的，所以一般会在反向传播之前将梯度清零。】

2. 中断梯度

? ? ? ? 再来看看一个中断梯度的栗子：

x = torch.tensor(1.0, requires_grad=True)
y1 = x**2
with torch.no_grad():
    y2 = x**3
y3 = y1 + y2

print(x.requires_grad)
print(y1, y1.requires_grad)
print(y2, y2.requires_grad)
print(y3, y3.requires_grad)

输出：

True
tensor(1., grad_fn=<PowBackward0>) True
tensor(1.) False
tensor(2., grad_fn=<ThAddBackward>) True

可以看到y2是没有grad_fn的，而且y2.requires_grad=Falsede ,然而y3是有grad_fn的。如果我们对将y3对x求梯度的话会怎么样？

y3.backward()
print(x.grad)

输出：

tensor(2.)

为什么是2呢？y3 = y1+y2 = x^2 + x^3, 当x = 1时，dy3/dx不应该是5么？实事上y2的定义被torch.no_grad()包裹，所以y2有关的梯度不会回传，只有y1有关的梯度才会被回传，即：x^2对x的梯度。

3. 改变Tensor的数值，但不希望影响方向传播

????????如果我们想要修改 tensor 的数值，但是?又不不希望被 autograd 记录（即不不会影响反向传播），那么我么可以对 tensor.data 进?行行操作。

x = torch.ones(1,requires_grad=True)
print(x.data) # 还是?一个tensor
print(x.data.requires_grad) # 但是已经是独?立于计算图之外
y = 2 * x
x.data *= 100 # 只改变了了值，不不会记录在计算图，所以不不会影响梯度传播
y.backward()
print(x) # 更更改data的值也会影响tensor的值
print(x.grad)

输出：

tensor([1.])
False
tensor([100.], requires_grad=True)
tensor([2.])