1 В избранное 0 Ответвления 0

OSCHINA-MIRROR/Python_Ai_Road-eat_tensorflow2_in_30_days

Присоединиться к Gitlife
Откройте для себя и примите участие в публичных проектах с открытым исходным кодом с участием более 10 миллионов разработчиков. Приватные репозитории также полностью бесплатны :)
Присоединиться бесплатно
Клонировать/Скачать
2-3,自动微分机制.md 5.1 КБ
Копировать Редактировать Web IDE Исходные данные Просмотреть построчно История
gitlife-traslator Отправлено 03.12.2024 15:14 374a95e

2-3, автоматический механизм дифференцирования

Нейронные сети обычно зависят от обратного распространения для вычисления градиентов при обновлении параметров сети, процесс вычисления градиентов обычно является очень сложным и подверженным ошибкам.

А фреймворки глубокого обучения могут помочь нам автоматически выполнять эти операции вычисления градиентов.

Tensorflow обычно использует градиентную ленту tf.GradientTape для записи прямого вычислительного процесса, а затем лента автоматически получает значения градиентов посредством обратного распространения.

Такой метод использования tf.GradientTape для вычисления дифференциалов называется механизмом автоматического дифференцирования Tensorflow.

1. Использование градиентной ленты для вычисления производных

import tensorflow as tf
import numpy as np

# f(x) = a*x**2 + b*x + c的导数

x = tf.Variable(0.0,name = "x",dtype = tf.float32)
a = tf.constant(1.0)
b = tf.constant(-2.0)
c = tf.constant(1.0)

with tf.GradientTape() as tape:
    y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
    
dy_dx = tape.gradient(y,x)
print(dy_dx)

tf.Tensor(-2.0, shape=(), dtype=float32)

# 对常量张量也可以求导,需要增加watch

with tf.GradientTape() as tape:
    tape.watch([a,b,c])
    y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
    
dy_dx,dy_da,dy_db,dy_dc = tape.gradient(y,[x,a,b,c])
print(dy_da)
print(dy_dc)
tf.Tensor(1.0, shape=(), dtype=float32)```

```python
# 可以求二阶导数
with tf.GradientTape() as tape2:
    with tf.GradientTape() as tape1:   
        y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
    dy_dx = tape1.gradient(y,x)   
dy2_dx2 = tape2.gradient(dy_dx,x)

print(dy2_dx2)

tf.Tensor(2.0, shape=(), dtype=float32)

# 可以在autograph中使用

@tf.function
def f(x):   
    a = tf.constant(1.0)
    b = tf.constant(-2.0)
    c = tf.constant(1.0)
    
    # 自变量转换成tf.float32
    x = tf.cast(x,tf.float32)
    with tf.GradientTape() as tape:
        tape.watch(x)
        y = a*tf.pow(x,2)+b*x+c
    dy_dx = tape.gradient(y,x) 
    
    return((dy_dx,y))

tf.print(f(tf.constant(0.0)))
tf.print(f(tf.constant(1.0)))
(0, 0)```

### 2. Использование градиентной ленты и оптимизатора для нахождения минимума
```python
# 求f(x) = a*x**2 + b*x + c的最小值
# 使用optimizer.apply_gradients

x = tf.Variable(0.0,name = "x",dtype = tf.float32)
a = tf.constant(1.0)
b = tf.constant(-2.0)
c = tf.constant(1.0)

optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01)
for _ in range(1000):
    with tf.GradientTape() as tape:
        y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
    dy_dx = tape.gradient(y,x)
    optimizer.apply_gradients(grads_and_vars=[(dy_dx,x)])
    
tf.print("y =",y,"; x =",x)

y = 0 ; x = 0.999998569

# 求f(x) = a*x**2 + b*x + c的最小值
# 使用optimizer.minimize
# optimizer.minimize相当于先用tape求gradient,再apply_gradient

x = tf.Variable(0.0,name = "x",dtype = tf.float32)

#注意f()无参数
def f():   
    a = tf.constant(1.0)
    b = tf.constant(-2.0)
    c = tf.constant(1.0)
    y = a*tf.pow(x,2)+b*x+c
    return(y)

optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01)   
for _ in range(1000):
    optimizer.minimize(f,[x])   
    
tf.print("y =",f(),"; x =",x)

y = 0 ; x = 0.999998569

# 在autograph中完成最小值求解
# 使用optimizer.apply_gradients

x = tf.Variable(0.0,name = "x",dtype = tf.float32)
optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01)

@tf.function
def minimizef():
    a = tf.constant(1.0)
    b = tf.constant(-2.0)
    c = tf.constant(1.0)
    
    for _ in tf.range(1000): #注意autograph时使用tf.range(1000)而不是range(1000)
        with tf.GradientTape() as tape:
            y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
        dy_dx = tape.gradient(y,x)
        optimizer.apply_gradients(grads_and_vars=[(dy_dx,x)])
        
    y = a*tf.pow(x,2) + b*x + c
    return y

tf.print(minimizef())
tf.print(x)
0.999998569```

```python
# 在autograph中完成最小值求解
# 使用optimizer.minimize

x = tf.Variable(0.0,name = "x",dtype = tf.float32)
optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01)   

@tf.function
def f():   
    a = tf.constant(1.0)
    b = tf.constant(-2.0)
    c = tf.constant(1.0)
    y = a*tf.pow(x,2)+b*x+c
    return(y)

@tf.function
def train(epoch):  
    for _ in tf.range(epoch):  
        optimizer.minimize(f,[x])
    return(f())


tf.print(train(1000))
tf.print(x)
0.999998569```

Опубликовать ( 0 )

Вы можете оставить комментарий после Вход в систему

1
https://api.gitlife.ru/oschina-mirror/Python_Ai_Road-eat_tensorflow2_in_30_days.git
git@api.gitlife.ru:oschina-mirror/Python_Ai_Road-eat_tensorflow2_in_30_days.git
oschina-mirror
Python_Ai_Road-eat_tensorflow2_in_30_days
Python_Ai_Road-eat_tensorflow2_in_30_days
master