[PyTorch] 笔记02：Autograd 自动求导

源自 PyTorch 1.4教程

Outline

• Tensor
• torch.autograd.backward
  • 若结果节点为标量
  • 若结果节点为矢量

[PyTorch] 笔记02：Autograd 自动求导

PyTorch中，所有神经网络的核心是 autograd 包

1 Tensor

• torch.Tensor 是这个autograd的核心类

• 一个张量Tensor通常记录的属性如下：

  • data：存储的数据信息
  • requires_grad: 设置为True则表示该Tensor需要求导
  • grad: 该Tensor的梯度值，每次在计算backward时都需要将前一时刻的梯度归零，否则梯度值会一直累加
  • grad_fn: 叶子节点（即自变量）通常为None，只有结果节点（即因变量）的grad_fn才有效，用于指示梯度函数是哪种类型。
  • is_leaf: 用来指示该Tensor是否是叶子节点。

参见Pytorch autograd,backward详解

• requires_grad=True
  • 追踪对应张量的所有操作
  • 默认requires_grad为Flase

    a = torch.randn(2, 2)
    a = ((a * 3) / (a - 1))
    print(a.requires_grad)
    a.requires_grad_(True)
    print(a.requires_grad)

    #输出
    False
    True

• .detach() 方法
  • 阻止张量被追踪
  • 调用 .detach() 方法将其与计算历史分离，并阻止它未来的计算记录被跟踪
• with torch.no_grad():
  • 为了防止跟踪历史记录(和使用内存），可以将代码块包装在 with torch.no_grad(): 中
• grad_fn
  • 只有因变量有其属性

    x=torch.tensor(1.0,requires_grad=True)
    y=torch.tensor(2.0,requires_grad=True)
    z=x+y
    print(x,y,z)

    #输出
    tensor(1., requires_grad=True) tensor(2., requires_grad=True) tensor(3., grad_fn=<AddBackward0>)

2 torch.autograd.backward

源代码接口

    torch.autograd.backward(
                      tensors, 
                      grad_tensors=None, 
                      retain_graph=None, 
                      create_graph=False)

• 参数含义
  • tensor: 用于计算梯度的tensor
    torch.autograd.backward(tensor) 与 tensor.backward()写法等价
  • grad_tensors: 在计算矩阵的梯度时会用到。他其实也是一个tensor，shape一般需要和前面的tensor保持一致
  • retain_graph: 通常在调用一次backward后，pytorch会自动把计算图销毁，所以要想对某个变量重复调用backward，则需要将该参数设置为True
  • create_graph: 当设置为True的时候可以用来计算更高阶的梯度

2.1 若结果节点为标量

• 标量可理解为一维的
• 直接应用backward即可
• 参考示例如下：

    x=torch.tensor(3.0,requires_grad=True)
    y=torch.tensor(7.0,requires_grad=True)
    z=x+y
    z.backward()
    #返回x,y的梯度，z的值
    print(x.grad,y.grad,z)

    #输出
    tensor(1.) tensor(1.) tensor(10., grad_fn=<AddBackward0>)

2.2 若结果为矢量

• 矢量可理解为高维，多维
• 参考了pytorch中文文档和知乎的文章，感觉知乎的文章更好理解，但其本质上是一样的，即传入一个与前面张量tensor相同的一个张量
• 参考示例如下：

    x=torch.ones(4,requires_grad=True)   #x=[x1,x2,x3,x4]
    #print(x.type())      torch.FloatTensor
    z=x+2   #z=[x1+2,x2+2,x3+2,x4+2]
    #若传入的都是1
    z.backward(torch.ones_like(z))
    #若传入的是自己设定的
    #z.backward(torch.Tensor([1,2,3,4]))  #z=[x1+2,2(x2+2),3(x3+2),4(x4+2)]  注意类型的匹配 Tensor默认为torch.FloatTensor型
    #z.backward(torch.tensor([1.,2.,3.,4.]))  #z=[x1+2,2(x2+2),3(x3+2),4(x4+2)]
    print(x.grad)

    #输出
    tensor([1., 1., 1., 1.])
    #tensor([1., 2., 3., 4.])

在写的过程中发现tensor和Tensor原来是不一样的

• torch.Tensor
  • 默认的tensor类型（torch.FlaotTensor）的简称
• torch.tensor
  • 根据后面的data创建Tensor，Tensor类型根据数据进行推断。

参见【PyTorch】Tensor和tensor的区别

下节写如何构建神经网络

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