PyTorch_自动求导

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示例代码:

import torch
from torch import autograd

x = torch.tensor(1.)        # 只有浮点型张量才可以求梯度(导数)
a = torch.tensor(1., requires_grad=True)        # requires_grad=True 表示对其求导
b = torch.tensor(2., requires_grad=True)
c = torch.tensor(3., requires_grad=True)

y = a**2 * x + b * x + c        # 要求导的公式

print('before:', a.grad, b.grad, c.grad)
grads = autograd.grad(y, [a, b, c])         # 进行求导计算
print('after:', grads[0], grads[1], grads[2])

运行结果:

before: None None None
after: tensor(2.) tensor(1.) tensor(1.)

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PyTorch 是一个开源的 Python 机器学习库,基于 Torch 库,底层由 C++ 实现,应用于人工智能领域,如计算机视觉和自然语言处理

<think>嗯,用户想了解PyTorch中的自动求导机制,包括原理和使用教程。好的,首先我需要回忆一下PyTorch自动求导是如何工作的。记得自动求导的核心是计算图和反向传播。当用户创建一个张量并设置requires_grad=True时,PyTorch会跟踪所有相关的操作,构建计算图。然后在反向传播时,根据链式法则计算梯度。 接下来,用户可能需要具体的例子来说明这个过程。例如,如何创建需要梯度的张量,执行前向计算,然后调用backward()方法。需要提到张量的grad属性,以及梯度累积的问题,记得在训练循环中要清零梯度。 另外,用户可能对控制梯度追踪的上下文管理器感兴趣,比如torch.no_grad(),或者如何修改张量的requires_grad属性。这部分需要解释清楚不同场景下的使用方式,比如在评估模型时关闭梯度计算以节省内存和计算资源。 还要注意引用相关的资料,比如参考资料中提到PyTorch的动态计算图特性,以及自动求导如何支持灵活的网络结构。可能还需要提到一些常见问题,比如为什么需要手动清零梯度,以及如何避免梯度爆炸或消失的问题。 用户的问题可能涉及自动求导的具体实现细节,比如计算图的结构,反向传播的链式法则应用。需要简明扼要地解释这些概念,避免过于深入底层实现,但又要足够清晰,让用户理解基本的工作原理。 最后,根据用户提供的引用内容,确保回答中正确引用相关段落,比如引用[3]中提到的计算图和反向传播,引用[5]中关于requires_grad参数的注意事项。这些引用需要自然地融入回答中,帮助用户定位更多信息。 总结一下,回答的结构应该先介绍自动求导的基本原理,包括计算图和反向传播,然后逐步展示使用教程,涵盖张量创建、前向传播、反向传播、梯度处理,以及控制梯度追踪的方法。最后通过示例代码和注意事项来强化理解,并生成相关问题引导用户深入学习。</think>### PyTorch自动求导机制详解 #### 一、自动求导核心原理 PyTorch自动求导机制基于**动态计算图**和**反向传播算法**实现。当创建张量并设置`requires_grad=True`时,系统会记录所有相关运算,构建计算图[^3]。例如: ```python w = torch.randn(5, 3, requires_grad=True) # 标记需要追踪梯度 b = torch.randn(3, requires_grad=True) ``` 每个运算会生成一个`Function`节点,记录操作的梯度计算方式。当执行反向传播时,系统通过链式法则从输出层向输入层逐层计算梯度。 #### 二、使用流程说明(含代码) 1. **前向传播构建计算图** ```python x = torch.tensor([2.0], requires_grad=True) y = x**3 + 2*x + 1 # 自动记录运算关系 ``` 2. **反向传播梯度计算** ```python y.backward() # 自动计算dy/dx print(x.grad) # 输出导数值:3x² + 2 = 3*4 + 2 = 14 ``` 3. **梯度清零机制** ```python optimizer.zero_grad() # 必须手动清零,否则梯度会累积 ``` #### 三、关键控制方法 1. **梯度追踪控制** ```python with torch.no_grad(): # 关闭梯度追踪 inference = model(input) # 适用于推理场景 ``` 2. **参数冻结技巧** ```python for param in model.layer.parameters(): param.requires_grad_(False) # 冻结指定层参数 ``` #### 四、注意事项 1. 非叶子节点的梯度默认不保留,可通过`retain_graph=True`保持计算图[^5] 2. 原位操作(如`x += 1`)会破坏梯度计算,应使用`x = x + 1`[^2] 3. 自定义反向传播可通过重写`backward()`方法实现 #### 五、典型应用示例 ```python # 简单线性回归训练 w = torch.randn(1, requires_grad=True) b = torch.zeros(1, requires_grad=True) for epoch in range(100): y_pred = w * x_data + b loss = ((y_pred - y_data)**2).mean() loss.backward() with torch.no_grad(): w -= 0.01 * w.grad b -= 0.01 * b.grad w.grad.zero_() b.grad.zero_() ```
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