pytorch 的自动求导机制-----requiers_grad 和volatile

每个变量都有两个标志： requires_grad 和 volatile 。它们都允许从梯度计算中精细地排除子图，并可以提高效率。

一、requires_grad

requires_grad:（requires_grad=True；需要梯度；requires_grad=False；不需要梯度）

如果有一个单一的输入操作需要梯度，它的输出也需要梯度。只有所有的输入不需要梯度，输出才不需要。如果其中所有的变量都不需要梯度，后向计算不会在子图中执行。

'''requires_grad:如果有一个单一的输入操作需要梯度，它的输出也需要梯度。相反，只有所有输入都不需要
梯度，输出才不需要。如果其中所有的变量都不需要梯度进行，后向计算不会在子图中执
行。'''
x = Variable(torch.randn(5,5))
y = Variable(torch.randn(5,5))
z = Variable(torch.randn(5,5),requires_grad=True)

a=x+y
print(a.requires_grad)  #False

b=x+z
print(b.requires_grad)#true

'''
requires_grad:还可以用来冻结部分层，这个需要事先知道有哪些层，哪些层需要冻结。只更新特定层的权重参数
'''
#(1)
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
for pram in model.parameters():
    # 冻结部分的层的权重
    pram.requires_grad = False

# 替换最后的全连层，新的网路构造层的requires_grad默认是True
model.fc = nn.Linear(512,100)
# 定义优化器,这里虽然传了全部模型的参数，但是其由于上面冻结了一些层，所以这里只会更新最后的全连层
optimizer = optim.SGD(model.fc.parameters(),lr=1e-2,momentum=0.9)
#(2)另一种冻结模型的方法：传给优化器需要更新的网络参数即可
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
optimizer = optim.SGD(model.fc.parameters(),lr=1e-2,momentum=0.9)

二、volatile
纯粹的inference模式下推荐使用 volatile ，当你确定你甚至不会调用 .backward() 时。它比任何其他自动求导的设置更有效——它将使用绝对最小的内存来评估模型。 volatile 也决定了require_grad is False

volatile 不同于 require_grad 的传递。如果一个操作甚至只有有一个 volatile 的输入，它的输出也将是 volatile 。 Volatility 比“不需要梯度”更容易传递——只需要一个 volatile 的输入即可得到一个 volatile 的输出，相对的，需要所有的输入“不需要梯度”才能得到不需要梯度的输出。使用volatile标志，您不需要更改模型参数的任何设置来用于inference。创建一个
volatile 的输入就够了，这将保证不会保存中间状态。

regular_input = Variable(torch.randn(5,5))
volatile_input = Variable(torch.randn(5,5),volatile=True)
print(regular_input.requires_grad) #False
print(volatile_input.requires_grad) #False
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
print(model(regular_input).requires_grad) #True
print(model(volatile_input).requires_grsd)#False
print(model(volatile_input).volatile)#true
print(model(volatile_input).creator is None)#True

自动求导如何编码历史信息
每个变量都有一个 .creator 属性，它指向把它作为输出的函数。这是一个由 Function 对象作为节点组成的有向无环图（DAG）的入口点，它们之间的引用就是图的边。每次执行一个操作时，一个表示它的新 Function 就被实例化，它的 forward() 方法被调用，并且它输出的Variable 的创建者被设置为这个 Function 。然后，通过跟踪从任何变量到叶节点的路径，可以重建创建数据的操作序列，并自动计算梯度。需要注意的一点是，整个图在每次迭代时都是从头开始重新创建的，这就允许使用任意的Python控制流语句，这样可以在每次迭代时改变图的整体形状和大小。在启动训练之前不必对所有可能的路径进行编码—— what you run is what you differentiate.
Variable上的In-place操作
在自动求导中支持in-place操作是一件很困难的事情，我们在大多数情况下都不鼓励使用它们。Autograd的缓冲区释放和重用非常高效，并且很少场合下in-place操作能实际上明显降低内存的使用量。除非您在内存压力很大的情况下，否则您可能永远不需要使用它们。
限制in-place操作适用性主要有两个原因：
１．覆盖梯度计算所需的值。这就是为什么变量不支持 log_ 。它的梯度公式需要原始输入，而虽然通过计算反向操作可以重新创建它，但在数值上是不稳定的，并且需要额外的工作，这往往会与使用这些功能的目的相悖。
２．每个in-place操作实际上需要实现重写计算图。不合适的版本只需分配新对象并保留对旧图的引用，而in-place操作则需要将所有输入的 creator 更改为表示此操作的 Function 。这就比较棘手，特别是如果有许多变量引用相同的存储（例如通过索引或转置创建的），并且如果被修改输入的存储被任何其他 Variable 引用，则in-place函数实际上会抛出错误。
In-place正确性检查每个变量保留有version counter，它每次都会递增，当在任何操作中被使用时。当 Function保存任何用于后向的tensor时，还会保存其包含变量的version counter。

一旦访问self.saved_tensors ，它将被检查，如果它大于保存的值，则会引起错误。