Pytorch中的自動求導函數(shù)backward()所需參數(shù)含義

摘要:一個神經(jīng)網(wǎng)絡有N個樣本,經(jīng)過這個網(wǎng)絡把N個樣本分為M類戴陡,那么此時backward參數(shù)的維度應該是【N X M】

正常來說backward()函數(shù)是要傳入?yún)?shù)的,一直沒弄明白backward需要傳入的參數(shù)具體含義耗啦,但是沒關系,生命在與折騰半夷,咱們來折騰一下,嘿嘿迅细。

首先巫橄,如果out.backward()中的out是一個標量的話(相當于一個神經(jīng)網(wǎng)絡有一個樣本,這個樣本有兩個屬性茵典,神經(jīng)網(wǎng)絡有一個輸出)那么此時我的backward函數(shù)是不需要輸入任何參數(shù)的湘换。

運行結果:

不難看出位隶,我們構建了這樣的一個函數(shù):

所以其求導也很容易看出:

這是對其進行標量自動求導的結果


如果out.backward()中的out是一個向量(或者理解成1xN的矩陣)的話设易,我們對向量進行自動求導阀湿,看看會發(fā)生什么池磁?

先構建這樣的一個模型(相當于一個神經(jīng)網(wǎng)絡有一個樣本射沟,這個樣本有兩個屬性清女,神經(jīng)網(wǎng)絡有兩個輸出):

模型也很簡單渗蟹,不難看出out求導出來的雅克比應該是:

僧叉,因為a1 = 2结澄,a2 = 4哥谷,所以上面的矩陣應該是

運行的結果:

嗯,的確是8和96麻献,但是仔細想一想们妥,和咱們想要的雅克比矩陣的形式也不一樣啊。難道是backward自動把0給省略了勉吻?

咱們繼續(xù)試試监婶,這次在上一個模型的基礎上進行小修改,如下:

可以看出這個模型的雅克比應該是:

運行一下齿桃,看是不是:

等等惑惶,什么鬼?正常來說不應該是? [ [ 8 , 2 ] , [ 2 , 96 ] ]么源譬?

我是誰集惋?我再哪?

為什么就給我2個數(shù)踩娘,而且是? 8 + 2 = 10 刮刑,96 + 2 = 98 。難道都是加的 2 养渴?

想一想雷绢,剛才咱們backward中傳的參數(shù)是 [ [ 1 , 1 ] ],難道安裝這個關系對應求和了理卑?

咱們換個參數(shù)來試一試翘紊,程序中只更改傳入的參數(shù)為[ [ 1 , 2 ] ]:

運行一下:

嗯,這回可以理解了藐唠,我們傳入的參數(shù)帆疟,是對原來模型正常求導出來的雅克比矩陣進行線性操作鹉究,可以把我們傳進的參數(shù)(設為arg)看成一個列向量,那么我們得到的結果就是(注意這里是矩陣乘法踪宠,為了好表示我用了*):

( Jacobi * arg )T

在這個題里自赔,我們得到的實際是:

看起來一切完美的解釋了,但是就在我剛剛打字的一刻柳琢,我意識到官方文檔中說k.backward()傳入的參數(shù)應該和k具有相同的維度绍妨,所以如果按上述去解釋是解釋不通的。

哪里出問題了呢柬脸?

仔細看了一下他去,原來是這樣的:在對雅克比矩陣進行線性操作的時候,應該把我們傳進的參數(shù)(設為arg)看成一個行向量(不是列向量)倒堕,那么我們得到的結果就是(注意這里是矩陣乘法灾测,為了好表示我用了*):

?( arg * Jacobi?)T

?這回我們就解釋的通了。

現(xiàn)在我們來輸出一下雅克比矩陣吧涩馆,為了不引起歧義行施,我們讓雅克比矩陣的每個數(shù)值都不一樣(一開始分析錯了就是因為雅克比矩陣中有相同的數(shù)據(jù)),所以模型小改動如下:

如果沒問題的話咱們的雅克比矩陣應該是 [ [ 8 , 2 ] , [ 4 , 96 ] ]

好了魂那,下面是見證奇跡的時刻了,不要眨眼睛奧,千萬不要眨眼睛......

3

2

1

砰............

好了稠项,現(xiàn)在總結一下:因為經(jīng)過了復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡之后涯雅,out中每個數(shù)值都是由很多輸入樣本的屬性(也就是輸入數(shù)據(jù))線性或者非線性組合而成的,那么out中的每個數(shù)值和輸入數(shù)據(jù)的每個數(shù)值都有關聯(lián)展运,也就是說【out】中的每個數(shù)都可以對【a】中每個數(shù)求導活逆,那么我們backward()的參數(shù)[k1,k2,k3....kn]的含義就是:

也可以理解成每個out分量對an求導時的權重。

現(xiàn)在拗胜,如果out是一個矩陣呢蔗候?

下面的例子也可以理解為:相當于一個神經(jīng)網(wǎng)絡有兩個樣本,每個樣本有兩個屬性埂软,神經(jīng)網(wǎng)絡有兩個輸出.

如果前面的例子理解了锈遥,那么這個也很好理解,backward輸入的參數(shù)k是一個2x1的矩陣勘畔,2代表的就是樣本數(shù)量所灸,就是在前面的基礎上,再對每個樣本進行加權求和炫七。

結果是:


如果有興趣爬立,也可以拓展一下多個樣本的多分類問題,猜一下k的維度應該是【輸入樣本的個數(shù) X 分類的個數(shù)】

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