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Pytorch反向傳播中的細節-計算梯度時的默認累加操作

Pytorch反向傳播計算梯度默認累加

今天學習pytorch實現簡單的線性回歸，發現了pytorch的反向傳播時計算梯度采用的累加機制，于是百度來一下，好多博客都說了累加機制，但是好多都沒有說明這個累加機制到底會有啥影響，所以我趁著自己練習的一個例子正好直觀的看一下以及如何解決：

pytorch實現線性回歸

先附上試驗代碼來感受一下：

torch.manual_seed(6)
lr = 0.01   # 學習率
result = []

# 創建訓練數據
x = torch.rand(20, 1) * 10
y = 2 * x + (5 + torch.randn(20, 1)) 

# 構建線性回歸函數
w = torch.randn((1), requires_grad=True)
b = torch.zeros((1), requires_grad=True)
# 這里是迭代過程，為了看pytorch的反向傳播計算梯度的細節，我先迭代兩次
for iteration in range(2):

    # 前向傳播
    wx = torch.mul(w, x)
    y_pred = torch.add(wx, b)

    # 計算 MSE loss
    loss = (0.5 * (y - y_pred) ** 2).mean()
    
    # 反向傳播
    loss.backward()
    
    # 這里看一下反向傳播計算的梯度
    print("w.grad:", w.grad)
    print("b.grad:", b.grad)
    
    # 更新參數
    b.data.sub_(lr * b.grad)
    w.data.sub_(lr * w.grad)

上面的代碼比較簡單，迭代了兩次，看一下計算的梯度結果：

w.grad: tensor([-74.6261])
b.grad: tensor([-12.5532])
w.grad: tensor([-122.9075])
b.grad: tensor([-20.9364])

然后我稍微加兩行代碼，就是在反向傳播上面，我手動添加梯度清零操作的代碼，再感受一下結果：

torch.manual_seed(6)
lr = 0.01
result = []
# 創建訓練數據
x = torch.rand(20, 1) * 10
#print(x)
y = 2 * x + (5 + torch.randn(20, 1)) 
#print(y)
# 構建線性回歸函數
w = torch.randn((1), requires_grad=True)
#print(w)
b = torch.zeros((1), requires_grad=True)
#print(b)
for iteration in range(2):
    # 前向傳播
    wx = torch.mul(w, x)
    y_pred = torch.add(wx, b)

    # 計算 MSE loss
    loss = (0.5 * (y - y_pred) ** 2).mean()
    
    # 由于pytorch反向傳播中，梯度是累加的，所以如果不想先前的梯度影響當前梯度的計算，需要手動清0
     if iteration > 0: 
        w.grad.data.zero_()
        b.grad.data.zero_()
    
    # 反向傳播
    loss.backward()
    
    # 看一下梯度
    print("w.grad:", w.grad)
    print("b.grad:", b.grad)
    
    # 更新參數
    b.data.sub_(lr * b.grad)
    w.data.sub_(lr * w.grad)

w.grad: tensor([-74.6261])
b.grad: tensor([-12.5532])
w.grad: tensor([-48.2813])
b.grad: tensor([-8.3831])

從上面可以發現，pytorch在反向傳播的時候，確實是默認累加上了上一次求的梯度，如果不想讓上一次的梯度影響自己本次梯度計算的話，需要手動的清零。

但是，如果不進行手動清零的話，會有什么后果呢？我在這次線性回歸試驗中，遇到的后果就是loss值反復的震蕩不收斂。下面感受一下：

torch.manual_seed(6)
lr = 0.01
result = []
# 創建訓練數據
x = torch.rand(20, 1) * 10
#print(x)
y = 2 * x + (5 + torch.randn(20, 1)) 
#print(y)
# 構建線性回歸函數
w = torch.randn((1), requires_grad=True)
#print(w)
b = torch.zeros((1), requires_grad=True)
#print(b)

for iteration in range(1000):
    # 前向傳播
    wx = torch.mul(w, x)
    y_pred = torch.add(wx, b)

    # 計算 MSE loss
    loss = (0.5 * (y - y_pred) ** 2).mean()
#     print("iteration {}: loss {}".format(iteration, loss))
    result.append(loss)
    
    # 由于pytorch反向傳播中，梯度是累加的，所以如果不想先前的梯度影響當前梯度的計算，需要手動清0
    #if iteration > 0: 
    #    w.grad.data.zero_()
    #    b.grad.data.zero_()
  
    # 反向傳播
    loss.backward()
 
    # 更新參數
    b.data.sub_(lr * b.grad)
    w.data.sub_(lr * w.grad)
    
    if loss.data.numpy()  1:
        break
   plt.plot(result)

上面的代碼中，我沒有進行手動清零，迭代1000次，把每一次的loss放到來result中，然后畫出圖像，感受一下結果：