1. Pytorch自动求导函数详解
Pytorch是一个基于Python的科学计算包,它的最大特点是可以使用GPU进行计算。在深度学习研究中,Pytorch提供的自动求导函数十分重要。
1.1 自动求导函数流程
Pytorch中的自动求导函数是通过计算图来实现的,计算图通常由节点和边组成。节点表示张量或者函数,边表示这些张量或者函数之间的依赖关系。我们定义一个张量,然后对它进行操作,最后得到了结果,这些操作都会被记录下来形成一张计算图,当我们调用.backward()方法对结果进行反向传播时,这张计算图上就可以自动完成梯度计算。
了解了计算图的基本概念后,我们就可以来看一下自动求导函数的流程:
在创建张量时设置requires_grad=True,表示需要对张量进行求导。
进行前向计算,得到结果。
调用结果的.backward()方法,进行反向传播。
得到各个输入张量的梯度。
一个示例代码如下:
import torch
x = torch.tensor([2.0, 3.0], requires_grad=True)
y = x * 2 + 1
z = y.sum()
z.backward()
print(x.grad)
代码说明:我们定义了一个张量x,设置requires_grad=True,表示需要对它进行求导。然后对x进行了一次操作,得到了y,再对y进行了一次操作,得到了z。最后调用了z.backward()进行反向传播,得到了x的梯度。
1.2 Pytorch与TensorFlow求导的对比
Pytorch的动态图模式和TensorFlow的静态图模式是两种不同的求导方式,二者各有优劣。
Pytorch中的动态图模式可以实现按需求导,即每一步都可以动态实现求导,这样使得代码编写更加自由灵活,能够方便地进行调试、打印中间结果等操作。而TensorFlow的静态图模式需要先定义好计算图,才能进行求导,一旦定义好就不能改变。虽然可以使用tf.function将普通的Python函数转为TensorFlow函数,但仍然不能完全实现按需求导。
在实现相同功能时,Pytorch代码通常比TensorFlow代码更加简洁易懂。Pytorch也更加方便进行可视化调试,因为Pytorch可以动态添加断点,而TensorFlow需要使用Session把图跑起来才能进行调试。
2. Temperature为0.6时softmax函数的实现
在深度学习中,softmax函数常用于处理多分类问题。当输入具有一定的噪声或者模糊性时,可以使用softmax函数来将其归一化为概率分布,提高模型的准确性。
2.1 softmax函数公式
softmax函数的公式如下:
对于每个输入向量$x_i$,计算出其指数值:$e^{x_i}$
计算所有指数值之和:$\sum_{j=1}^ne^{x_j}$
对于每个指数值,除以指数值之和,得到最终的概率分布:
$$softmax(x_i)=\frac{e^{x_i}}{\sum_{j=1}^ne^{x_j}}$$
在计算机实现时,为了避免指数溢出的问题,一般会把每个输入向量减去最大值再进行计算。
2.2 代码实现
以下是temperature为0.6时softmax函数的实现代码:
import torch
def softmax_temperature(x, temperature):
x = x / temperature
exp_x = torch.exp(x - torch.max(x))
softmax_x = exp_x / torch.sum(exp_x)
return softmax_x
x = torch.tensor([1.0, 2.0, 3.0])
softmax_x = softmax_temperature(x, 0.6)
print(softmax_x)
代码说明: 我们定义了一个softmax_temperature函数,接收输入向量x和temperature参数。在函数内部先将x除以temperature,然后把每个元素减去最大值,再计算指数值和和概率分布。在主函数中定义了一个输入向量x,然后调用了softmax_temperature函数来获得输出。