pytorch训练过程中loss出现NaN的原因及可采取的方法

本文探讨了PyTorch训练过程中遇到loss值为NaN的问题,分析了可能的原因,包括学习率设置过高、loss函数问题、数据预处理不当等,并提供了相应的排查和解决方法。

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在pytorch训练过程中出现loss=nan的情况

1.学习率太高。

2.loss函数

3.对于回归问题,可能出现了除0 的计算,加一个很小的余项可能可以解决

4.数据本身,是否存在Nan,可以用numpy.any(numpy.isnan(x))检查一下input和target

5.target本身应该是能够被loss函数计算的,比如sigmoid激活函数的target应该大于0,同样的需要检查数据集

### 解决机器学习模型训练损失函数NaN的问题 #### 学习率设置不当 过高的学习率可能导致梯度爆炸,使得参数更新幅度过大,进而导致损失函数中的某些计算超出数值范围而NaN。建议逐步降低学习率来观察效果,在PyTorch环境中通常将初始设定的学习率减少1到10倍可能有效[^3]。 #### 数据预处理不足 数据集中存在异常值或极端值可能会引起模型内部运算溢出,特别是当输入特征尺度差异较大更容易发生此类现象。对于大规模分类任务而言,如果类别数目非常多(例如达到数千级别),那么使用交叉熵作为损失函数确实有可能因为极小的概率估计而导致`log(0)`的情况出现,这会直接引发NaN的结果[^2]。因此,确保数据已经经过标准化/归一化处理,并且检查是否有不合理的大数或负数混入其中是非常重要的预防措施之一[^1]。 #### 初始化策略欠佳 权重初始化方式的选择也会影响收敛过程的稳定性。不恰当的初始化方案容易造成网络层间激活值迅速增大或者缩小至接近于零的状态,最终累积下来形成NaN输出。针对这个问题,推荐采用Xavier/Glorot均匀分布或是He正态分布等方式来进行合理的权值赋初值操作。 #### 数值稳定性的优化技巧 为了提高数值计算的鲁棒性,可以在实现具体算法的过程中加入一些额外的设计考量: - **Softmax+LogSumExp**:在多类别的场景下应用softmax配合log-sum-exp trick能够有效地缓解由于指数项过大带来的不稳定因素; - **Clip Gradient**:通过裁剪梯度范数防止其得太大,从而保护反向传播阶段不会被破坏掉正常的参数调整方向; ```python import torch.nn as nn from torch.optim import Adam model = YourModel() criterion = nn.CrossEntropyLoss() # 使用Cross Entropy Loss optimizer = Adam(model.parameters(), lr=0.001) for epoch in range(num_epochs): for inputs, labels in dataloader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) if not torch.isnan(loss).any(): loss.backward() # Clip gradients to prevent exploding gradient problem nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), max_norm=1.0) optimizer.step() ```
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