4 pytorch基础

书《深度学习之PyTorch实战计算机视觉》第六章

这次主要记录三部分内容：

自动梯度

• 向后传播自动化

自定义传播函数

• 重写向前传播和向后传播

模型搭建和参数优化

---

自动梯度

实现对模型中后向传播梯度的自动计算，后向传播自动化（loss.backward）

torch.autograd实现后向传播中的链式求导

Variable类对我们定义的Tensor数据类型进行封装。用X代表我们选中的节点，是一个Variable对象，那么X.data代表Tensor数据类型的变量，X.grad是Variable类型的变量，想要访问梯度值需要使用X.grad.data

loss.backward()是后向传播计算部分，自动计算每个节点的梯度并根据需求进行保留

import torch
from torch.autograd import Variable
batch_n = 100
hidden_layer = 100
input_data = 1000
output_data = 10

x = Variable(torch.randn(batch_n, input_data), requires_grad = False)
y = Variable(torch.randn(batch_n, output_data), requires_grad = False)

w1 = Variable(torch.randn(input_data, hidden_layer), requires_grad = True) #权重1是1000*100
w2 = Variable(torch.randn(hidden_layer, output_data), requires_grad = True)#权重2是100*10

epoch_n = 20
learning_rate = le-6

for epoch in range(epoch_n):
    y_pred = x.mm(w1).clamp(min=0).mm(w2)
    loss = (y_pred-y).pow(2).sum()
    print("Epoch:{}, Loss:{:.4f}".format(epoch, loss.data[0]))

    loss.backward()

    w1.data -=learning_rate*w1.grad.data
    w2.data -=learning_rate*w2.grad.data
    
    w1.grad.data.zero_()
    w2.grad.data.zero_()

自定义传播函数

torch.nn.Module重写前向传播forward和后向传播backward

import torch
from torch.autograd import Variable
batch_n = 100
hidden_layer = 100
input_data = 1000
output_data = 10

'''相比于前面代码添加部分'''
class Model(torch.nn.module):
    def __init__(self):
        super(Module, self).__init__()

    def forward(self, input, w1, w2):  #实现向前传播矩阵运算
        x = torch.mm(x, w1)
        x = torch.clamp(x, min=0)
        x = torch.mm(x, w2)
        return x

    def backward(self):      #实现向后传播自动梯度计算
        pass

model = Model()

'''
上面模型搭建好了，下面对模型进行训练和参数优化
'''

x = Variable(torch.randn(batch_n, input_data), requires_grad = False)
y = Variable(torch.randn(batch_n, output_data), requires_grad = False)

w1 = Variable(torch.randn(input_data, hidden_layer), requires_grad = True)
w2 = Variable(torch.randn(hidden_layer, output_data), requires_grad = True)

epoch_n = 20
learning_rate = le-6

for epoch in range(epoch_n):
    y_pred = model(x, w1, w2)   #有改动，原来是x.mm(w1).clamp(min=0).mm(w2)
    loss = (y_pred-y).pow(2).sum()
    print("Epoch:{}, Loss:{:.4f}".format(epoch, loss.data[0]))

    loss.backward()

    w1.data -=learning_rate*w1.grad.data
    w2.data -=learning_rate*w2.grad.data

    w1.grad.data.zero_()
    w2.grad.data.zero_()

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模型搭建和参数优化

 torch.nn包

• torch.nn.Sequential

　　序列容器，通过嵌套各种类，实现对网络模型的搭建，参数会按照我们定义好的序列自动传递下去

• torch.nn.Linear

　　线性层。参数有三个，分别是输入特征数，输出特征数和是否使用偏置，偏置参数是一个布尔值，默认为True,即使用偏置。

• torch.nn.ReLU

　　非线性激活函数，在定义时默认不需要传入参数。除此之外，还包括PReLU,LeakyReLU,Tanh,Sigmod,Softmax等。

• 损失函数

　　包括：

（1）torch.nn.MSELoss:使用均方误差函数计算损失值

　　

 　　（2）torch.nn.L1Loss：使用平均绝对误差计算损失值

　　

 　　（3）torch.nn.CrossEntropyLoss：计算交叉熵

　　信息量：它是用来衡量一个事件的不确定性的；一个事件发生的概率越大，不确定性越小，则它所携带的信息量就越小。熵：它是用来衡量一个系统的混乱程度的，代表一个系统中信息量的总和；信息量总和越大，表明这个系统不确定性就越大交叉熵：它主要刻画的是实际输出（概率）与期望输出（概率）的距离，也就是交叉熵的值越小，两个概率分布就越接近。假设概率分布p为期望输出，概率分布q为实际输出，  为交叉熵，则

但是Pytorch中计算的交叉熵并不是采用上式，而是下面这个

   

torch.optim包

实现神经网络权重参数优化更新自动化。该包提供了许多方法，SGD,AdaGrad,RMSProp,Adam等。

接下来使用自动化的优化函数对前面的代码进行替换

import torch
from torch.autograd import Variable
#设置参数
batch_n = 100
hidden_layer = 100
input_data = 1000
output_data = 10

x = Variable(torch.randn(batch_n, input_data), requires_grad = False)
y = Variable(torch.randn(batch_n, output_data), requires_grad = False)

#构建模型
models = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(input_data, hidden_layer),
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(hidden_layer, output_data)
)
#设置超参数
epoch_n = 20
learning_rate = le-6
#定义损失函数和权重优化参数
loss_fn = torch.nn.MSELoss()
optimzer = torch.optim.Adam(models.parameters(), lr = learning_rate)

for epoch in range(epoch_n):
    y_pred = models(x) 
    loss = loss_fn(y_pred, y) #有改动 loss = (y_pred-y).pow(2).sum()
    print("Epoch:{}, Loss:{:.4f}".format(epoch, loss.data[0]))

    optimer.zero_grad() #实现模型参数梯度归零，代替前面w1.grad.data.zero_()和w2
    loss.backward()
    optimer.step()  #实现梯度更新，代替前面w1.data -=learning_rate*w1.grad.data和w2

这一部分就记录到这里。