PyTorch(六)——梯度反向传递(BackPropogate)的理解

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(1) 数据处理
(2) 搭建和自定义网络
(3) 使用训练好的模型测试自己图片
(4) 视频数据的处理
(5) PyTorch源码修改之增加ConvLSTM层
(6) 梯度反向传递(BackPropogate)的理解
(总) PyTorch遇到令人迷人的BUG

PyTorch的学习和使用（六）

多个网络交替情况

最近使用PyTorch搭一个对抗网络，由于对抗网络又两个网络组成，其参数的更新也涉及到两个网络的交替。简单如下：生成器（generator）生成新的数据，辨别器（discrimator）用于判断数据是真实的还是生成的。通过训练辨别器使辨别器可以准确的分辨数据的真伪，通过训练生成器使辨别器无法分辨真伪。详见Generative Adversarial Networks。

训练时先更新辨别器，然后在更新生成器：

PyTorch梯度传递

在PyTorch中，传入网络计算的数据类型必须是Variable类型， Variable包装了一个Tensor，并且保存着梯度和创建这个Variablefunction的引用，换句话说，就是记录网络每层的梯度和网络图，可以实现梯度的反向传递，网络图可以表示如下（图来自 Deep Learning with PyTorch: A 60 Minute Blitz）：

则根据最后得到的loss可以逐步递归的求其每层的梯度，并实现权重更新。

在实现梯度反向传递时主要需要三步：

• 初始化梯度值：net.zero_grad()
• 反向求解梯度：loss.backward()
• 更新参数：optimizer.step()

注意：对于一个输入input，经过网络计算得到output，在计算梯度是就是output–>input的递归过程，在递归完图后会释放图的缓存，因此在第二次使用outout进行梯度计算时会出现错，如下：

RuntimeError: Trying to backward through the graph second time, but the buffers have already been freed. Please specify retain_variables=True when calling backward for the first time.

现在看上面GAN网络更新权重的图，在1中需要使用真实数据和生成数据更新辨别器（discriminator）, 但是生成数据由生成器（generator）得到，在传入到辨别器中进行计算，因此进行梯度反向计算时会同时计算出生成网络的梯度，并释放网络递归图的缓存，则在2中更新生成器时会出错。

在1中计算辨别器梯度时不需要计算生成器的梯度，因此在使用生成数据计算辨别器时使用gendata.detach()作为输入数据,这样就对当前图进行拆分，得到一个新的Variable变量。

网络测试

构建两个网络A和B，首先使用A网络的结果计算B网络，然后更新B网络，最后更新A网络，这种情况与对抗网络相似，B网络需要使用A网络的结果进行计算，如果更新B网络，则连带着A网络梯度也会计算，当最后更新B网络时，则会出错。代码如下：

import torchimport torch.nn as nnfrom torch.autograd import Variableimport torch.optim as optimclass A(nn.Module):    def __init__(self):        super(A, self).__init__()        self.fc = nn.Linear(1, 10)    def forward(self, x):        return self.fc(x)class B(nn.Module):    def __init__(self):        super(B, self).__init__()        self.fc = nn.Linear(10, 20)    def forward(self, x):        return self.fc(x)a_net = A()b_net = B()criterion = nn.MSELoss()optimizer_a = optim.Adam(a_net.parameters(), 0.1)optimizer_b = optim.Adam(b_net.parameters(), 0.1)input = torch.FloatTensor(2,1)label = torch.FloatTensor(2, 10).fill_(1)label2 = torch.FloatTensor(2, 20).fill_(1)input = Variable(input)label = Variable(label)label2 = Variable(label2)# update B netb_net.zero_grad()output1 = a_net(input)loss1 = criterion(output1, label)output2 = b_net(output1.detach())loss2 = criterion(output2, label2)loss2.backward()optimizer_b.step()# updata A neta_net.zero_grad()output3 = b_net(output1)loss3 = criterion(output3, label2)loss3.backward()optimizer_a.step()

如果output2 = b_net(output1.detach())改为output2 = b_net(output1)，则出现如下错误：

因此，反向求解梯度是根据输出的loss值递归到所有网络进行计算，在控制网络更新梯度时需要注意控制好传入Variable。

当使用同一个网络连续求多次梯度时和自定义权重初始化

1. 当对同一个网络多次求取梯度时，网络最终的梯度为所有梯度之和。
2. 可以使用torch.nn.Moduleapply()进行权重的初始化。

以上2点详见PyTorch(总)——PyTorch遇到令人迷人的BUG与记录