快捷導(dǎo)航

聊聊pytorch中Optimizer與optimizer.step()的用法

更新時(shí)間：2021年05月31日 11:54:29 作者：wang xiang

這篇文章主要介紹了pytorch中Optimizer與optimizer.step()的用法，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

當(dāng)我們想指定每一層的學(xué)習(xí)率時(shí)：

optim.SGD([
                    {'params': model.base.parameters()},
                    {'params': model.classifier.parameters(), 'lr': 1e-3}
                ], lr=1e-2, momentum=0.9)

這意味著model.base的參數(shù)將會(huì)使用1e-2的學(xué)習(xí)率，model.classifier的參數(shù)將會(huì)使用1e-3的學(xué)習(xí)率，并且0.9的momentum將會(huì)被用于所有的參數(shù)。

進(jìn)行單次優(yōu)化

所有的optimizer都實(shí)現(xiàn)了step()方法，這個(gè)方法會(huì)更新所有的參數(shù)。它能按兩種方式來(lái)使用：

optimizer.step()

這是大多數(shù)optimizer所支持的簡(jiǎn)化版本。一旦梯度被如backward()之類的函數(shù)計(jì)算好后，我們就可以調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

例子

for input, target in dataset:
        optimizer.zero_grad()
        output = model(input)
        loss = loss_fn(output, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()         
optimizer.step(closure)

一些優(yōu)化算法例如Conjugate Gradient和LBFGS需要重復(fù)多次計(jì)算函數(shù)，因此你需要傳入一個(gè)閉包去允許它們重新計(jì)算你的模型。這個(gè)閉包應(yīng)當(dāng)清空梯度，計(jì)算損失，然后返回。

例子：

for input, target in dataset:
    def closure():
        optimizer.zero_grad()
        output = model(input)
        loss = loss_fn(output, target)
        loss.backward()
        return loss
    optimizer.step(closure)

補(bǔ)充：Pytorch optimizer.step() 和loss.backward()和scheduler.step()的關(guān)系與區(qū)別

首先需要明確optimzier優(yōu)化器的作用, 形象地來(lái)說(shuō)，優(yōu)化器就是需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)反向傳播的梯度信息來(lái)更新網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，以起到降低loss函數(shù)計(jì)算值的作用，這也是機(jī)器學(xué)習(xí)里面最一般的方法論。

從優(yōu)化器的作用出發(fā)，要使得優(yōu)化器能夠起作用，需要主要兩個(gè)東西：

1. 優(yōu)化器需要知道當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)或者別的什么模型的參數(shù)空間

這也就是為什么在訓(xùn)練文件中，正式開(kāi)始訓(xùn)練之前需要將網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)放到優(yōu)化器里面，比如使用pytorch的話總會(huì)出現(xiàn)類似如下的代碼：

optimizer_G = Adam(model_G.parameters(), lr=train_c.lr_G)   # lr 使用的是初始lr
optimizer_D = Adam(model_D.parameters(), lr=train_c.lr_D)

2. 需要知道反向傳播的梯度信息

我們還是從代碼入手，如下所示是Pytorch 中SGD優(yōu)化算法的step()函數(shù)具體寫法，具體SGD的寫法放在參考部分。

def step(self, closure=None):
            """Performs a single optimization step.
            Arguments:
                closure (callable, optional): A closure that reevaluates the model
                    and returns the loss.
            """
            loss = None
            if closure is not None:
                loss = closure()
     
            for group in self.param_groups:
                weight_decay = group['weight_decay']
                momentum = group['momentum']
                dampening = group['dampening']
                nesterov = group['nesterov']
     
                for p in group['params']:
                    if p.grad is None:
                        continue
                    d_p = p.grad.data
                    if weight_decay != 0:
                        d_p.add_(weight_decay, p.data)
                    if momentum != 0:
                        param_state = self.state[p]
                        if 'momentum_buffer' not in param_state:
                            buf = param_state['momentum_buffer'] = d_p.clone()
                        else:
                            buf = param_state['momentum_buffer']
                            buf.mul_(momentum).add_(1 - dampening, d_p)
                        if nesterov:
                            d_p = d_p.add(momentum, buf)
                        else:
                            d_p = buf     
                    p.data.add_(-group['lr'], d_p)     
            return loss

從上面的代碼可以看到step這個(gè)函數(shù)使用的是參數(shù)空間(param_groups)中的grad,也就是當(dāng)前參數(shù)空間對(duì)應(yīng)的梯度，這也就解釋了為什么optimzier使用之前需要zero清零一下，因?yàn)槿绻磺辶?，那么使用的這個(gè)grad就得同上一個(gè)mini-batch有關(guān)，這不是我們需要的結(jié)果。

再回過(guò)頭來(lái)看，我們知道optimizer更新參數(shù)空間需要基于反向梯度，因此，當(dāng)調(diào)用optimizer.step()的時(shí)候應(yīng)當(dāng)是loss.backward()的時(shí)候，這也就是經(jīng)常會(huì)碰到，如下情況

total_loss.backward()
optimizer_G.step()

loss.backward()在前，然后跟一個(gè)step。

那么為什么optimizer.step()需要放在每一個(gè)batch訓(xùn)練中，而不是epoch訓(xùn)練中，這是因?yàn)楝F(xiàn)在的mini-batch訓(xùn)練模式是假定每一個(gè)訓(xùn)練集就只有mini-batch這樣大，因此實(shí)際上可以將每一次mini-batch看做是一次訓(xùn)練，一次訓(xùn)練更新一次參數(shù)空間，因而optimizer.step()放在這里。

scheduler.step()按照Pytorch的定義是用來(lái)更新優(yōu)化器的學(xué)習(xí)率的，一般是按照epoch為單位進(jìn)行更換，即多少個(gè)epoch后更換一次學(xué)習(xí)率，因而scheduler.step()放在epoch這個(gè)大循環(huán)下。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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