Pytorch中的optimizer

2023-05-16

与优化函数相关的部分在torch.optim模块中，其中包含了大部分现在已有的流行的优化方法。

如何使用`Optimizer`

要想使用optimizer，需要创建一个optimizer 对象，这个对象会保存当前状态，并根据梯度更新参数。

怎样构造`Optimizer`

要构造一个Optimizer，需要使用一个用来包含所有参数（Tensor形式）的iterable，把相关参数（如learning rate、weight decay等）装进去。

注意，如果想要使用.cuda()方法来将model移到GPU中，一定要确保这一步在构造Optimizer之前。因为调用.cuda()之后，model里面的参数已经不是之前的参数了。

示例代码如下：

optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr = 0.01, momentum = 0.9)
optimizer = optim.Adam([var1, var2], lr = 0.0001)

常用参数

last_epoch代表上一次的epoch的值，初始值为-1。

单独指定参数

也可以用一个dict的iterable指定参数。这里的每个dict都必须要params这个key，params包含它所属的参数列表。除此之外的key必须它的Optimizer（如SGD）里面有的参数。

You can still pass options as keyword arguments. They will be used as defaults, in the groups that didn’t override them. This is useful when you only want to vary a single option, while keeping all others consistent between parameter groups.

这在针对特定部分进行操作时很有用。比如只希望给指定的几个层单独设置学习率：

optim.SGD([
			{'params': model.base.parameters()},
			{'params': model.classifier.parameters(), 'lr': 0.001}
			],
			 
			lr = 0.01, momentum = 0.9)

在上面这段代码中model.base将会使用默认学习率0.01，而model.classifier的参数蒋欢使用0.001的学习率。

怎样进行单次优化

所有optimizer都实现了step()方法，调用这个方法可以更新参数，这个方法有以下两种使用方法：

`optimizer.step()`

多数optimizer里都可以这么做，每次用backward()这类的方法计算出了梯度后，就可以调用一次这个方法来更新参数。

示例程序：

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

`optimizer.step(closure)`

有些优化算法会多次重新计算函数（比如Conjugate Gradient、LBFGS），这样的话你就要使用一个闭包（closure）来支持多次计算model的操作。这个closure的运行过程是，清除梯度，计算loss，返回loss。
（这个我不太理解，因为这些优化算法不熟悉）

示例程序：

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)

优化算法

这里就不完整介绍documentation中的内容了，只介绍基类。具体的算法的参数需要理解它们的原理才能明白，这个改天单独来一篇文章介绍。

Optimizer

 class torch.optim.Optimizer(params, defaults)

这是所有optimizer的基类。

注意，各参数的顺序必须保证每次运行都一致。有些数据结构就不满足这个条件，比如dictionary的iterator和set。

参数

params(iterable)是torch.Tensor或者dict的iterable。这个参数指定了需要更新的Tensor。
defaults(dict)是一个dict，它包含了默认的的优化选项。

方法

add_param_group(param_group)

这个方法的作用是增加一个参数组，在fine tuning一个预训练的网络时有用。

load_state_dict(state_dict)

这个方法的作用是加载optimizer的状态。

state_dict()

获取一个optimizer的状态（一个dict）。

zero_grad()方法用于清空梯度。

step(closure)用于进行单次更新。

Adam

class torch.optim.Adam(params, lr=0.001, betas=(0.9, 0.999), eps=1e-08, weight_decay=0, amsgrad=False)

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