pytorch如何定义新的自动求导函数

Kathy ·

更新时间:2024-09-21

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pytorch定义新的自动求导函数

pytorch自动求导与逻辑回归

自动求导

逻辑回归

总结

pytorch定义新的自动求导函数

在pytorch中想自定义求导函数，通过实现torch.autograd.Function并重写forward和backward函数，来定义自己的自动求导运算。参考官网上的demo：传送门

直接上代码，定义一个ReLu来实现自动求导

import torch
class MyRelu(torch.autograd.Function):
    @staticmethod
    def forward(ctx, input):
        # 我们使用ctx上下文对象来缓存，以便在反向传播中使用，ctx存储时候只能存tensor
        # 在正向传播中，我们接收一个上下文对象ctx和一个包含输入的张量input；
        # 我们必须返回一个包含输出的张量，
        # input.clamp(min = 0)表示讲输入中所有值范围规定到0到正无穷，如input=[-1,-2,3]则被转换成input=[0,0,3]
        ctx.save_for_backward(input)
        # 返回几个值，backward接受参数则包含ctx和这几个值
        return input.clamp(min = 0)
    @staticmethod
    def backward(ctx, grad_output):
        # 把ctx中存储的input张量读取出来
        input, = ctx.saved_tensors
        # grad_output存放反向传播过程中的梯度
        grad_input = grad_output.clone()
        # 这儿就是ReLu的规则，表示原始数据小于0，则relu为0，因此对应索引的梯度都置为0
        grad_input[input < 0] = 0
        return grad_input

进行输入数据并测试

dtype = torch.float
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
# 使用torch的generator定义随机数，注意产生的是cpu随机数还是gpu随机数
generator=torch.Generator(device).manual_seed(42)
# N是Batch, H is hidden dimension，
# D_in is input dimension;D_out is output dimension.
N, D_in, H, D_out = 64, 1000, 100, 10
x = torch.randn(N, D_in, device=device, dtype=dtype,generator=generator)
y = torch.randn(N, D_out, device=device, dtype=dtype, generator=generator)
w1 = torch.randn(D_in, H, device=device, dtype=dtype, requires_grad=True, generator=generator)
w2 = torch.randn(H, D_out, device=device, dtype=dtype, requires_grad=True, generator=generator)
learning_rate = 1e-6
for t in range(500):
    relu = MyRelu.apply
    # 使用函数传入参数运算 
    y_pred = relu(x.mm(w1)).mm(w2)
# 计算损失
    loss = (y_pred - y).pow(2).sum()
    if t % 100 == 99:
        print(t, loss.item())
    # 传播
    loss.backward()
    with torch.no_grad():
        w1 -= learning_rate * w1.grad
        w2 -= learning_rate * w2.grad
        w1.grad.zero_()
        w2.grad.zero_()

pytorch自动求导与逻辑回归 自动求导

retain_graph设为True,可以进行两次反向传播

逻辑回归

import torch
import torch.nn as nn
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
torch.manual_seed(10)
#========生成数据=============
sample_nums = 100
mean_value = 1.7
bias = 1
n_data = torch.ones(sample_nums,2)
x0 = torch.normal(mean_value*n_data,1)+bias#类别0数据
y0 = torch.zeros(sample_nums)#类别0标签
x1 = torch.normal(-mean_value*n_data,1)+bias#类别1数据
y1 = torch.ones(sample_nums)#类别1标签
train_x = torch.cat((x0,x1),0)
train_y = torch.cat((y0,y1),0)
#==========选择模型===========
class LR(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LR,self).__init__()
        self.features = nn.Linear(2,1)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()
    def forward(self,x):
        x = self.features(x)
        x = self.sigmoid(x)
        return x
lr_net = LR()#实例化逻辑回归模型
#==============选择损失函数===============
loss_fn = nn.BCELoss()
#==============选择优化器=================
lr = 0.01
optimizer = torch.optim.SGD(lr_net.parameters(),lr = lr,momentum=0.9)
#===============模型训练==================
for iteration in range(1000):
    #前向传播
    y_pred = lr_net(train_x)#模型的输出
    #计算loss
    loss = loss_fn(y_pred.squeeze(),train_y)
    #反向传播
    loss.backward()
    #更新参数
    optimizer.step()
    #绘图
    if iteration % 20 == 0:
        mask = y_pred.ge(0.5).float().squeeze() #以0.5分类
        correct = (mask==train_y).sum()#正确预测样本数
        acc = correct.item()/train_y.size(0)#分类准确率
        plt.scatter(x0.data.numpy()[:,0],x0.data.numpy()[:,1],c='r',label='class0')
        plt.scatter(x1.data.numpy()[:,0],x1.data.numpy()[:,1],c='b',label='class1')
        w0,w1 = lr_net.features.weight[0]
        w0,w1 = float(w0.item()),float(w1.item())
        plot_b = float(lr_net.features.bias[0].item())
        plot_x = np.arange(-6,6,0.1)
        plot_y = (-w0*plot_x-plot_b)/w1
        plt.xlim(-5,7)
        plt.ylim(-7,7)
        plt.plot(plot_x,plot_y)
        plt.text(-5,5,'Loss=%.4f'%loss.data.numpy(),fontdict={'size':20,'color':'red'})
        plt.title('Iteration:{}\nw0:{:.2f} w1:{:.2f} b{:.2f} accuracy:{:2%}'.format(iteration,w0,w1,plot_b,acc))
        plt.legend()
        plt.show()
        plt.pause(0.5)
        if acc > 0.99:
            break

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持软件开发网。

自动 pytorch 求导函数

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