[人工智能]增加batch_size的一种方法：梯度累加

一、为什么会有batch_size参数

经常做训练的童鞋们都知道，batch_size是一个很重要的超参数，每次训练支取batch_size个数据集进行训练，那么，为啥不取全部呢，答案可想而知，应为内存不够呀，放不下呀，小数据集还好，内存勉强够，勉强放的下，但是花费大量的时间加载了数据后，训练了一个epoch之后，发现参数不对，需要重新调参，然后中断训练，花1s调了个参数，花费2h加载了数据，不累么？！所以需要batch_size这个参数。
虽然全部的数据集可以更好的确定样本总体的方向，但是一次性处理整个数据集，是非常不明智的！

二、batch_size对学习的影响

使用batch_size之后，就变成批梯度下降法（min-batches learning)，如果数据集足够充分，那么使用一半（甚至少得多）的数据算出来的梯度与全部数据集训练出来的梯度是几乎一样的。那么batch_size多大合适呢？
当batch_size=1时，也即是每次只取一个样本进行训练，每次只根据一个样本的梯度选择方向进行下降，每个样本身上个体差异大于样本的共性，因此梯度修正的方向，整体来说是朝着正确的方向，但是每一步走的都很杂乱，走了很多弯路，因此收敛速度很慢。

合理的范围内，增加batch_size的好处：

• 内存利用率提高了，大矩阵乘法的并行化效率提高。
• 加快数据的处理速度
• 在一定范围内，一般batch_size越大，其确定的下降方向越准，训练震荡越小。

盲目增大batch_size有何坏处？

• 跑完一次epoch所需要的迭代次数减少，参数的更新次数也减少了，因此精度也会收到影响
• batch_size增大到一定程度，其确定的下降方向已经基本不再变化

三、什么是梯度累加

直接上代码，通常训练代码

for i, (inputs, labels) in enumerate(trainloader):
          optimizer.zero_grad()                   # 梯度清零
          outputs = net(inputs)                   # 正向传播
          loss = criterion(outputs, labels)       # 计算损失
          loss.backward()                         # 反向传播，计算梯度
          optimizer.step()                        # 更新参数

加入梯度累加之后的代码：

for i, (inputs, labels) in enumerate(trainloader):
         outputs = net(inputs)                   # 正向传播
         loss = criterion(outputs, labels)       # 计算损失函数
         loss = loss / accumulation_steps        # 损失标准化
         loss.backward()                         # 反向传播，计算梯度
        if (i+1) % accumulation_steps == 0:
                optimizer.step()                    # 更新参数
                optimizer.zero_grad()               # 梯度清零

修改点有两个：
1、loss 变为 loss / accumulation_steps
2、 accumulation_steps 之后再更新

四、梯度累加如何增加batch_size

因为你每次求出来的loss是一个批次内预测和标签误差的平均值，当你用梯度累计的时候求出几个批次的平均值，当然要再平均一下保证它等效大批次的平均值。