pytorch .detach() .detach_() 和 .data用于切断反向传播的实现

时间:2021-04-02 人气:0

当我们再训练网络的时候可能希望保持一部分的网络参数不变，只对其中一部分的参数进行调整；或者值训练部分分支网络，并不让其梯度对主网络的梯度造成影响，这时候我们就需要使用detach()函数来切断一些分支的反向传播

1 detach()[source]

返回一个新的Variable，从当前计算图中分离下来的，但是仍指向原变量的存放位置,不同之处只是requires_grad为false，得到的这个Variable永远不需要计算其梯度，不具有grad。

即使之后重新将它的requires_grad置为true,它也不会具有梯度grad

这样我们就会继续使用这个新的Variable进行计算，后面当我们进行反向传播时，到该调用detach()的Variable就会停止，不能再继续向前进行传播

源码为：

def detach(self):
    """Returns a new Variable, detached from the current graph.
    Result will never require gradient. If the input is volatile, the output
    will be volatile too.
    .. note::
     Returned Variable uses the same data tensor, as the original one, and
     in-place modifications on either of them will be seen, and may trigger
     errors in correctness checks.
    """
    result = NoGrad()(self) # this is needed, because it merges version counters
    result._grad_fn = None
　　　　 return result

可见函数进行的操作有：

将grad_fn设置为None
将Variable的requires_grad设置为False

如果输入 volatile=True(即不需要保存记录，当只需要结果而不需要更新参数时这么设置来加快运算速度)，那么返回的Variable volatile=True。（volatile已经弃用）

注意：

返回的Variable和原始的Variable公用同一个data tensor。in-place函数修改会在两个Variable上同时体现(因为它们共享data tensor)，当要对其调用backward()时可能会导致错误。

举例：

比如正常的例子是：

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid()

out.sum().backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor([0.1966, 0.1050, 0.0452])

当使用detach()但是没有进行更改时，并不会影响backward():

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid()
print(out)

#添加detach(),c的requires_grad为False
c = out.detach()
print(c)

#这时候没有对c进行更改，所以并不会影响backward()
out.sum().backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526], grad_fn=<SigmoidBackward>)
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526])
tensor([0.1966, 0.1050, 0.0452])

可见c,out之间的区别是c是没有梯度的，out是有梯度的

如果这里使用的是c进行sum()操作并进行backward()，则会报错：

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid()
print(out)

#添加detach(),c的requires_grad为False
c = out.detach()
print(c)

#使用新生成的Variable进行反向传播
c.sum().backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526], grad_fn=<SigmoidBackward>)
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526])
Traceback (most recent call last):
File "test.py", line 13, in <module>
    c.sum().backward()
File "/anaconda3/envs/deeplearning/lib/python3.6/site-packages/torch/tensor.py", line 102, in backward
    torch.autograd.backward(self, gradient, retain_graph, create_graph)
File "/anaconda3/envs/deeplearning/lib/python3.6/site-packages/torch/autograd/__init__.py", line 90, in backward
    allow_unreachable=True) # allow_unreachable flag
RuntimeError: element 0 of tensors does not require grad and does not have a grad_fn

如果此时对c进行了更改，这个更改会被autograd追踪，在对out.sum()进行backward()时也会报错，因为此时的值进行backward()得到的梯度是错误的：

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid()
print(out)

#添加detach(),c的requires_grad为False
c = out.detach()
print(c)
c.zero_() #使用in place函数对其进行修改

#会发现c的修改同时会影响out的值
print(c)
print(out)

#这时候对c进行更改，所以会影响backward()，这时候就不能进行backward()，会报错
out.sum().backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526], grad_fn=<SigmoidBackward>)
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526])
tensor([0., 0., 0.])
tensor([0., 0., 0.], grad_fn=<SigmoidBackward>)
Traceback (most recent call last):
File "test.py", line 16, in <module>
    out.sum().backward()
File "/anaconda3/envs/deeplearning/lib/python3.6/site-packages/torch/tensor.py", line 102, in backward
    torch.autograd.backward(self, gradient, retain_graph, create_graph)
File "/anaconda3/envs/deeplearning/lib/python3.6/site-packages/torch/autograd/__init__.py", line 90, in backward
    allow_unreachable=True) # allow_unreachable flag
RuntimeError: one of the variables needed for gradient computation has been modified by an inplace operation

2 .data

如果上面的操作使用的是.data，效果会不同：

这里的不同在于.data的修改不会被autograd追踪，这样当进行backward()时它不会报错，回得到一个错误的backward值

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid()
print(out)


c = out.data
print(c)
c.zero_() #使用in place函数对其进行修改

#会发现c的修改同时也会影响out的值
print(c)
print(out)

#这里的不同在于.data的修改不会被autograd追踪，这样当进行backward()时它不会报错，回得到一个错误的backward值
out.sum().backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526], grad_fn=<SigmoidBackward>)
tensor([0.7311, 0.8808, 0.9526])
tensor([0., 0., 0.])
tensor([0., 0., 0.], grad_fn=<SigmoidBackward>)
tensor([0., 0., 0.])

上面的内容实现的原理是：

In-place 正确性检查

所有的Variable都会记录用在他们身上的 in-place operations。如果pytorch检测到variable在一个Function中已经被保存用来backward，但是之后它又被in-place operations修改。当这种情况发生时，在backward的时候，pytorch就会报错。这种机制保证了，如果你用了in-place operations，但是在backward过程中没有报错，那么梯度的计算就是正确的。

⚠️下面结果正确是因为改变的是sum()的结果，中间值a.sigmoid()并没有被影响，所以其对求梯度并没有影响：

import torch

a = torch.tensor([1, 2, 3.], requires_grad=True)
print(a.grad)
out = a.sigmoid().sum() #但是如果sum写在这里，而不是写在backward()前，得到的结果是正确的
print(out)


c = out.data
print(c)
c.zero_() #使用in place函数对其进行修改

#会发现c的修改同时也会影响out的值
print(c)
print(out)

#没有写在这里
out.backward()
print(a.grad)

(deeplearning) userdeMBP:pytorch user$ python test.py
None
tensor(2.5644, grad_fn=<SumBackward0>)
tensor(2.5644)
tensor(0.)
tensor(0., grad_fn=<SumBackward0>)
tensor([0.1966, 0.1050, 0.0452])

3 detach_()[source]

将一个Variable从创建它的图中分离，并把它设置成叶子variable

其实就相当于变量之间的关系本来是x -> m -> y,这里的叶子variable是x，但是这个时候对m进行了.detach_()操作,其实就是进行了两个操作：

将m的grad_fn的值设置为None,这样m就不会再与前一个节点x关联，这里的关系就会变成x, m -> y,此时的m就变成了叶子结点
然后会将m的requires_grad设置为False，这样对y进行backward()时就不会求m的梯度

这么一看其实detach()和detach_()很像，两个的区别就是detach_()是对本身的更改，detach()则是生成了一个新的variable

比如x -> m -> y中如果对m进行detach()，后面如果反悔想还是对原来的计算图进行操作还是可以的

但是如果是进行了detach_()，那么原来的计算图也发生了变化，就不能反悔了

参考：http://pytorch-cn.readthedocs.io/zh/latest/package_references/torch-autograd/

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