上篇文章讲到手动实现对某一权重求梯度,但面对复杂的网络模型及损失函数,手动求导十分困难。
PyTorch中的 autograd包可实现自动梯度的计算,只需建立tensor时加入requires_grad=True。有关这个tensor上的任何计算操作都将构造一个计算图,从而允许图中执行反向传播。

# -*- coding: utf-8 -*-
import torch
dtype = torch.float
device = torch.device("cpu")
# device = torch.device(“cuda:0”)#取消注释以在GPU上运行

# N是批量大小; D_in是输入维度;
# H是隐藏的维度; D_out是输出维度。
N, D_in, H, D_out = 64, 1000, 100, 10

# 创建随机Tensors以保持输入和输出。
x = torch.randn(N, D_in, device=device, dtype=dtype)
y = torch.randn(N, D_out, device=device, dtype=dtype)

# 为权重创建随机Tensors。
# 设置requires_grad = True表示跟踪有关W1的所有操作,
# 以便后续反向传播
w1 = torch.randn(D_in, H, device=device, dtype=dtype, requires_grad=True)
w2 = torch.randn(H, D_out, device=device, dtype=dtype, requires_grad=True)

learning_rate = 1e-6
for t in range(500):
    # 前向传播:使用tensors上的操作计算预测值y; 
      # 由于w1和w2有requires_grad=True,涉及这些张量的操作将让PyTorch构建计算图,
    # 从而允许自动计算梯度。由于我们不再手工实现反向传播,所以不需要保留中间值的引用。
    y_pred = x.mm(w1).clamp(min=0).mm(w2)

    # 使用Tensors上的操作计算和打印丢失。
    # loss是一个形状为()的张量
    # loss.item() 得到这个张量对应的python数值
    loss = (y_pred - y).pow(2).sum()
    print(t, loss.item())

    # 使用autograd计算反向传播。这个调用将计算loss对所有requires_grad=True的tensor的梯度。
    # 这次调用后,w1.grad和w2.grad将分别是loss对w1和w2的梯度张量。
    loss.backward()

    # 使用梯度下降更新权重。对于这一步,我们只想对w1和w2的值进行原地改变;不想为更新阶段构建计算图,
    # 所以我们使用torch.no_grad()上下文管理器防止PyTorch为更新构建计算图
    with torch.no_grad():
        w1 -= learning_rate * w1.grad
        w2 -= learning_rate * w2.grad

        # 反向传播后手动将梯度设置为零
        w1.grad.zero_()
        w2.grad.zero_()

pytorch中还提供了包nn,其用于定义模型及损失函数
如,用nn实现上述网络

# -*- coding: utf-8 -*-
import torch

# N是批大小;D是输入维度
# H是隐藏层维度;D_out是输出维度
N, D_in, H, D_out = 64, 1000, 100, 10

#创建输入和输出随机张量
x = torch.randn(N, D_in)
y = torch.randn(N, D_out)

# 使用nn包将我们的模型定义为一系列的层。
# nn.Sequential是包含其他模块的模块,并按顺序应用这些模块来产生其输出。
# 每个线性模块使用线性函数从输入计算输出,并保存其内部的权重和偏差张量。
# 在构造模型之后,我们使用.to()方法将其移动到所需的设备。
model = torch.nn.Sequential(
    torch.nn.Linear(D_in, H),
    torch.nn.ReLU(),
    torch.nn.Linear(H, D_out),
)

# nn包还包含常用的损失函数的定义;
# 在这种情况下,我们将使用平均平方误差(MSE)作为我们的损失函数。
# 设置reduction='sum',表示我们计算的是平方误差的“和”,而不是平均值;
# 这是为了与前面我们手工计算损失的例子保持一致,
# 但是在实践中,通过设置reduction='elementwise_mean'来使用均方误差作为损失更为常见。
loss_fn = torch.nn.MSELoss(reduction='sum')

learning_rate = 1e-4
for t in range(500):
    # 前向传播:通过向模型传入x计算预测的y。
    # 模块对象重载了__call__运算符,所以可以像函数那样调用它们。
    # 这么做相当于向模块传入了一个张量,然后它返回了一个输出张量。
    y_pred = model(x)

     # 计算并打印损失。
     # 传递包含y的预测值和真实值的张量,损失函数返回包含损失的张量。
    loss = loss_fn(y_pred, y)
    print(t, loss.item())

    # 反向传播之前清零梯度
    model.zero_grad()

    # 反向传播:计算模型的损失对所有可学习参数的导数(梯度)。
    # 在内部,每个模块的参数存储在requires_grad=True的张量中,
    # 因此这个调用将计算模型中所有可学习参数的梯度。
    loss.backward()

    # 使用梯度下降更新权重。
    # 每个参数都是张量,所以我们可以像我们以前那样可以得到它的数值和梯度
    with torch.no_grad():
        for param in model.parameters():
            param -= learning_rate * param.grad

此外,pytorch提供包optim,来定义多种复杂的优化器

import torch

# N是批大小;D是输入维度
# H是隐藏层维度;D_out是输出维度
N, D_in, H, D_out = 64, 1000, 100, 10

# 产生随机输入和输出张量
x = torch.randn(N, D_in)
y = torch.randn(N, D_out)

# 使用nn包定义模型和损失函数
model = torch.nn.Sequential(
          torch.nn.Linear(D_in, H),
          torch.nn.ReLU(),
          torch.nn.Linear(H, D_out),
        )
loss_fn = torch.nn.MSELoss(reduction='sum')

# 使用optim包定义优化器(Optimizer)。Optimizer将会为我们更新模型的权重。
# 这里我们使用Adam优化方法;optim包还包含了许多别的优化算法。
# Adam构造函数的第一个参数告诉优化器应该更新哪些张量。
learning_rate = 1e-4
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate)

for t in range(500):

    # 前向传播:通过像模型输入x计算预测的y
    y_pred = model(x)

    # 计算并打印loss
    loss = loss_fn(y_pred, y)
    print(t, loss.item())

    # 在反向传播之前,使用optimizer将它要更新的所有张量的梯度清零(这些张量是模型可学习的权重)
    optimizer.zero_grad()

    # 反向传播:根据模型的参数计算loss的梯度
    loss.backward()

    # 调用Optimizer的step函数使它所有参数更新
    optimizer.step()

参考:http://pytorch123.com/ThirdSection/LearningPyTorch/