PyTorch求导相关
PyTorch是动态图，即计算图的搭建和运算是同时的，随时可以输出结果；而TensorFlow是静态图。
在pytorch的计算图里只有两种元素：数据（tensor）和 运算（operation）
运算包括了：加减乘除、开方、幂指对、三角函数等可求导运算
数据可分为：叶子节点（leaf node）和非叶子节点；叶子节点是用户创建的节点，不依赖其它节点；它们表现出来的区别在于反向传播结束之后，非叶子节点的梯度会被释放掉，只保留叶子节点的梯度，这样就节省了内存。如果想要保留非叶子节点的梯度，可以使用retain_grad()方法。
torch.tensor 具有如下属性：
- 查看 是否可以求导
requires_grad - 查看 运算名称
grad_fn - 查看 是否为叶子节点
is_leaf - 查看 导数值
grad
针对requires_grad属性，自己定义的叶子节点默认为False，而非叶子节点默认为True，神经网络中的权重默认为True。判断哪些节点是True/False的一个原则就是从你需要求导的叶子节点到loss节点之间是一条可求导的通路。
当我们想要对某个Tensor变量求梯度时，需要先指定requires_grad属性为True，指定方式主要有两种：
x = torch.tensor(1.).requires_grad_() # 第一种
x = torch.tensor(1., requires_grad=True) # 第二种PyTorch提供两种求梯度的方法：backward() and torch.autograd.grad() ，他们的区别在于前者是给叶子节点填充.grad字段，而后者是直接返回梯度给你，我会在后面举例说明。还需要知道y.backward()其实等同于torch.autograd.backward(y)
一个简单的求导例子是：y=(x+1)∗(x+2) ，计算 ∂y/∂x ，假设给定 x=2
先画出计算图
手算：∂y/∂x=(x+2)*1+(x+1)*1->7
使用backward()
x = torch.tensor(2., requires_grad=True)
a = torch.add(x, 1)
b = torch.add(x, 2)
y = torch.mul(a, b)
y.backward()
print(x.grad)
>>>tensor(7.)
看一下这几个tensor的属性
print("requires_grad: ", x.requires_grad, a.requires_grad, b.requires_grad, y.requires_grad)
print("is_leaf: ", x.is_leaf, a.is_leaf, b.is_leaf, y.is_leaf)
print("grad: ", x.grad, a.grad, b.grad, y.grad)
>>>requires_grad: True True True True
>>>is_leaf: True False False False
>>>grad: tensor(7.) None None None使用backward()函数反向传播计算tensor的梯度时，并不计算所有tensor的梯度，而是只计算满足这几个条件的tensor的梯度：1.类型为叶子节点、2.requires_grad=True、3.依赖该tensor的所有tensor的requires_grad=True。所有满足条件的变量梯度会自动保存到对应的grad属性里。
使用autograd.grad()
x = torch.tensor(2., requires_grad=True)
a = torch.add(x, 1)
b = torch.add(x, 2)
y = torch.mul(a, b)
grad = torch.autograd.grad(outputs=y, inputs=x)
print(grad[0])
>>>tensor(7.)因为指定了输出y，输入x，所以返回值就是 ∂x/∂y 这一梯度，完整的返回值其实是一个元组，保留第一个元素就行，后面元素是
二阶求导
求一阶导可以用backward()
x = torch.tensor(2., requires_grad=True)
y = torch.tensor(3., requires_grad=True)
z = x * x * y
z.backward()
print(x.grad, y.grad)
>>>tensor(12.) tensor(4.)也可以用autograd.grad()
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
grad_x = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=x)
print(grad_x[0])
>>>tensor(12.)为什么不在这里面同时也求对y的导数呢？因为无论是backward还是autograd.grad在计算一次梯度后图就被释放了，如果想要保留，需要添加retain_graph=True
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
grad_x = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=x, retain_graph=True)
grad_y = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=y)
print(grad_x[0], grad_y[0])
>>>tensor(12.) tensor(4.) 再来看如何求高阶导，理论上其实是上面的grad_x再对x求梯度，试一下看
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
grad_x = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=x, retain_graph=True)
grad_xx = torch.autograd.grad(outputs=grad_x, inputs=x)
print(grad_xx[0])
>>>RuntimeError: element 0 of tensors does not require grad and does not have a grad_fn报错了，虽然retain_graph=True保留了计算图和中间变量梯度， 但没有保存grad_x的运算方式，需要使用creat_graph=True在保留原图的基础上再建立额外的求导计算图，也就是会把 ∂z/∂x=2xy 这样的运算存下来
# autograd.grad() + autograd.grad()
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
grad_x = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=x, create_graph=True)
grad_xx = torch.autograd.grad(outputs=grad_x, inputs=x)
print(grad_xx[0])
>>>tensor(6.)grad_xx这里也可以直接用backward()，相当于直接从 ∂z/∂x=2xy 开始回传
# autograd.grad() + backward()
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
grad = torch.autograd.grad(outputs=z, inputs=x, create_graph=True)
grad[0].backward()
print(x.grad)
>>>tensor(6.) 也可以先用backward()然后对x.grad这个一阶导继续求导
# backward() + autograd.grad()
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
z.backward(create_graph=True)
grad_xx = torch.autograd.grad(outputs=x.grad, inputs=x)
print(grad_xx[0])
>>>tensor(6.)那是不是也可以直接用两次backward()呢？第二次直接x.grad从开始回传，我们试一下
# backward() + backward()
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
z.backward(create_graph=True) # x.grad = 12
x.grad.backward()
print(x.grad)
>>>tensor(18., grad_fn=<CopyBackwards>)发现了问题，结果不是6，而是18，发现第一次回传时输出x梯度是12。这是因为PyTorch使用backward()时默认会累加梯度，需要手动把前一次的梯度清零
x = torch.tensor(2.).requires_grad_()
y = torch.tensor(3.).requires_grad_()
z = x * x * y
z.backward(create_graph=True)
x.grad.data.zero_()
x.grad.backward()
print(x.grad)
>>>tensor(6., grad_fn=<CopyBackwards>)向量求导
有没有发现前面都是对标量求导，如果不是标量会怎么样呢？
x = torch.tensor([1., 2.]).requires_grad_()
y = x + 1
y.backward()
print(x.grad)
>>>RuntimeError: grad can be implicitly created only for scalar outputs
x = torch.tensor([1., 2.]).requires_grad_()
y = x * x
y.sum().backward()
print(x.grad)
>>>tensor([2., 4.])原文地址：https://blog.csdn.net/m0_74724723/article/details/143193384
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！