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[人工智能]Pytorch 叶子张量 leaf tensor (叶子节点)

? ? ? 在Pytorch中,默认情况下,非叶节点的梯度值在反向传播过程中使用完后就会被清除,不会被保留。只有叶节点的梯度值能够被保留下来。

? ? ? 对于任意一个张量来说,我们可以用?tensor.is_leaf?来判断它是否是叶子张量(leaf tensor)

? ? ? 在Pytorch神经网络中,我们反向传播backward()就是为了求叶子节点的梯度。在pytorch中,神经网络层中的权值w的tensor均为叶子节点。它们的require_grad都是True,但它们都属于用户创建的,所以都是叶子节点。而反向传播backward()也就是为了求它们的梯度

在Pytorch的autograd机制中,当tensor的requires_grad值为True时,在backward()反向传播计算梯度时才会被计算。在所有的require_grad=True中,

  • 默认情况下,非叶子节点的梯度值在反向传播过程中使用完后就会被清除,不会被保留。
  • 默认情况下,只有叶子节点的梯度值能够被保留下来。
  • 被保留下来的叶子节点的梯度值会存入tensor的grad属性中,在 optimizer.step()过程中会更新叶子节点的data属性值,从而实现参数的更新。

这样可以节省很大部分的显存

上面的话,也就是说,并不是每个requires_grad()设为True的tensor都会在backward的时候得到相应的grad.它还必须为leaf。这就说明. is_leaf=True 成为了在 requires_grad()下判断是否需要保留 grad的前提条件

? ? ? 只有是叶张量的tensor在反向传播时才会将本身的grad传入的backward的运算中.。如果想得到当前自己创建的,requires_grad为True的tensor在反向传播时的grad, 可以用retain_grad()这个属性(或者是hook机制)

detach()将节点剥离成叶子节点

? ? ? 如果需要使得某一个节点成为叶子节点,只需使用detach()即可将它从创建它的计算图中分离开来。即detach()函数的作用就是把一个节点从计算图中剥离,使其称为非叶节点

什么样节点会是叶子节点

①所有requires_grad为False的张量都为叶张量? ? ? ? ? ?

就像我们训练模型的input,它们都是require_grad=False,因为他们不需要计算梯度。它们是一个计算图都是起始点,如下图的a

②requires_grad为True的张量, 如果他们是由用户创建的,则它们是叶张量(leaf Tensor)

这意味着它们不是运算的结果,因此gra_fn为None

?在这里,a, d, e是叶子节点,b,c不是

b是因为b是被cast操作创建的(从cpu cast一个tensor到gpu)

要和这里区分开

这里是说,单纯从数值关系上b=a+1,b确实依赖a(b是由a经过某个操作创建的)。但是从pytorch的看来,一切是为了反向求导,a的requires_grad属性为False,其不要求获得梯度,那么a这个tensor在反向传播时其实是“无意义”的,可认为是游离在计算图之外的,故b仍然为叶子节点,如下图

就连一个简单的不涉及梯度的操作也会使叶节点变成非叶节点

import torch

x = torch.tensor(2.0, requires_grad=True)
y = x ** 2
z = y + 1
z.backward()
print(x.grad)
print(y.grad)
print(x.is_leaf)
print(y.is_leaf)
print(x.grad_fn)
print(y.grad_fn)

从这里可以看出,只有叶子节点有梯度值grad,非叶节点为None

只有非叶节点有grad_fn,叶节点为None

另一个例子,如图中绿色的点都是叶子节点

?

获得非叶节点的梯度

import torch

x=torch.arange(10,dtype=torch.float32,requires_grad=True).reshape(10,1)
w=torch.arange(10,dtype=torch.float32,requires_grad=True).reshape(1,10)
y=w@x
x.retain_grad()
w.retain_grad()
y.backward()
print(x.is_leaf)
print(w.is_leaf)
print(x.grad)
print(w.grad)

?可以看到x和w都不是叶节点,但是用retain_grad()可以使它们获得梯度。

注意retain_grad()一定要写在y.backward()前面

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加:2022-01-03 16:05:23  更:2022-01-03 16:06:59 
 
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