浅解PyTorch的自动求导(Autograd)

欢迎来到这篇博客,今天我们将探讨PyTorch中一个强大且核心的功能——自动求导(Autograd)。无论你是刚刚入门深度学习,还是已经有一些经验,但对自动求导仍感到困惑,本文都将带你逐步深入了解这个重要的概念。

什么是自动求导?

自动求导是深度学习框架中的一项关键功能,它使得我们能够轻松计算复杂模型的梯度(导数)。梯度是一个非常重要的概念,它告诉我们在参数空间中,模型的性能如何随着参数的微小变化而变化。在训练神经网络时,我们通常需要调整模型参数,以最小化损失函数,而自动求导帮助我们计算出损失函数对于参数的梯度,从而实现参数的更新。

PyTorch的Autograd模块是一个强大的自动求导引擎,它能够自动跟踪和计算张量上的所有操作,并构建计算图,以便在需要时计算梯度。让我们从基础开始,逐步深入了解这个概念。

张量(Tensors)和梯度(Gradients)

在PyTorch中,一切都从张量开始。张量是多维数组,类似于NumPy数组,但具有额外的功能。张量可以表示数据、模型参数和梯度。梯度是张量的一种特殊属性,它存储了关于张量的导数信息。

让我们看一个简单的例子,来了解如何创建张量并计算梯度:

import torch

# 创建一个张量,并设置requires_grad=True,以便计算梯度
x = torch.tensor(2.0, requires_grad=True)

# 定义一个函数 y = x^2
y = x ** 2

# 自动计算梯度
y.backward()

# 输出梯度
print(x.grad)  # 输出:4.0

在这个例子中,我们首先创建了一个张量 x,并将 requires_grad 属性设置为 True,表示我们希望计算关于这个张量的梯度。然后,我们定义了一个函数 y = x^2,并调用了 y.backward() 来计算梯度。最后,我们可以通过 x.grad 来访问计算得到的梯度,它是 4.0

这个简单的例子展示了PyTorch的自动求导如何轻松地计算导数。

计算图(Computation Graph)

为了更好地理解自动求导,我们需要了解计算图的概念。计算图是一个用于表示计算过程的有向图,其中节点表示操作,边表示数据流。在PyTorch中,计算图被动态构建,每次对张量执行操作时,都会向计算图中添加新的节点。

让我们通过一个示例来可视化计算图的构建:

import torch

# 创建两个张量
x = torch
### PyTorch 自动求导机制 #### 计算图构建与自动求导原理 在PyTorch中,`autograd`包提供了对张量上所有操作的自动求导支持[^1]。每当执行涉及可微分的操作时,这些操作会被动态地加入到计算图中,并且每个参与运算的Tensor都会更新其`grad_fn`属性来指向创建它的函数对象[^3]。 对于具体的实现方式,在定义模型参数时可以通过设置`requires_grad=True`使得该变量成为叶子节点并开启梯度追踪功能;当完成一次前向传播过程后,通过调用`.backward()`可以触发整个网络从输出端往回逐层计算各个权重对应的偏导数值即梯度信息[^4]。 需要注意的是,默认情况下只有标量可以直接调用`y.backward()`来进行反向传播以获取损失相对于各参数的变化率。如果是非标量,则需指定关于哪个维度求和作为最终的目标值用于传递给`backward()`方法内的`gradient`参数[^2]。 #### 使用示例 下面展示了一个简单的线性回归案例,其中包含了如何利用PyTorch内置工具完成数据准备、建立简单神经元连接关系以及训练循环内迭代优化的过程: ```python import torch # 定义输入特征x (batch_size=1, feature_num=5),目标标签y(batch_size=1,label_num=3) x = torch.tensor([1., 1., 1., 1., 1.]) y = torch.tensor([0., 0., 0.]) # 初始化权重w(5*3) 和 偏置项b(3), 同时声明它们需要跟踪梯度变化 w = torch.randn((5, 3), dtype=torch.float, requires_grad=True) b = torch.randn((3,), dtype=torch.float, requires_grad=True) # 执行前向传播得到预测结果z=x*w+b z = torch.matmul(x, w) + b # 应用二分类交叉熵损失函数评估当前状态下的误差程度 loss = torch.nn.functional.binary_cross_entropy_with_logits(z, y) # 反向传播计算梯度 loss.backward() print(w.grad) # 输出权重w的梯度 print(b.grad) # 输出偏置b的梯度 ```
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值