反向傳播初理解(2019-11-21)

對于簡單的模型吗伤,我們可以手動求解出梯度刷后,但是對于非常復雜的模型的畴,比如一個100層的網(wǎng)絡,我們不可能通過手寫公式的辦法去求解梯度尝胆。因此丧裁,這里就引入了反向傳播算法,之前在pytorch框架下使用的自動求導本質(zhì)上就是一個反向傳播算法含衔。

反向傳播算法本質(zhì)上就是一個鏈式求導法則的應用煎娇。

鏈式法則:比如函數(shù)f(x,y,z)=(x+y)z?二庵,令q=x+y?,那么f=qz?根據(jù)鏈式求導法則逊桦,我們可以得到

\frac{\partial f}{\partial x}=\frac{\partial f}{\partial q}\frac{\partial q}{\partial x}? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??(1)

\frac{\partial f}{\partial y}=\frac{\partial f}{\partial q}\frac{\partial q}{\partial y}? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)

\frac{\partial f}{\partial z}=q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(3)

通過鏈式法則我們知道我們需要對其中的元素求導眨猎,那我們可以一層一層求導,然后將結(jié)果乘起來强经,這就是鏈式法則的核心睡陪,也是反向傳播的核心。

和上面的例子一樣匿情,q=x+y?,?f=qz?, 通過計算圖可以將這個計算過程表達出來兰迫。


圖1

上面圖1綠色的數(shù)字表示其數(shù)值,下面紅色的數(shù)字表示求出的梯度炬称,我們可以一步步看一下反向傳播的過程汁果。

1.左右邊開始,梯度毋庸置疑玲躯,肯定是1

2.\frac{\partial f}{\partial q}=z=-4?,??\frac{\partial f}{\partial z}=q=3

3.\frac{\partial f}{\partial x}=\frac{\partial f}{\partial q}\frac{\partial q}{\partial x}=-4\times1=-4?,?\frac{\partial f}{\partial y}=\frac{\partial f}{\partial q}\frac{\partial q}{\partial y}=-4\times1=-4

這樣一步步我們就可以求出了\nabla f(x,y,z)据德。

對于復雜的函數(shù),比如sigmoid函數(shù)f(w,x)=\frac1{1+e^{-(w_0x_0+w_1x_1+w_2)}}?我們需要求解出\frac{\partial f}{\partial w_0}?跷车,?\frac{\partial f}{\partial w_1}?棘利,?\frac{\partial f}{\partial w_2}

將這個函數(shù)抽象成一個計算圖,即

f(x)=\frac1x

f_c(x)=1+x

f_e(x)=e^x

f_w(x)=-(w_0x_0+w_1x_1+w_2)

畫出計算圖


圖2

同樣上面圖2綠色的數(shù)字表示數(shù)值朽缴,下面紅色的數(shù)字表示梯度善玫,我們從后往前計算一下各個參數(shù)的梯度。首先最右邊的梯度是1密强,然后經(jīng)過\frac1x這個函數(shù)茅郎,這個函數(shù)的梯度是-\frac1{x^2},所以往前傳播的梯度是1\times-\frac1{1.37^2}=-0.53或渤,然后經(jīng)過+1這個操作系冗,梯度不變,這樣不斷往后傳播就能夠求得每個參數(shù)的梯度薪鹦。

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