为什么不在使用Pytorch和Higher进行MAML时累积查询损失后再求导?

在进行MAML(模型无关的元学习)时,内循环有两种方式:

def inner_loop1():    n_inner_iter = 5    inner_opt = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=1e-1)    qry_losses = []    qry_accs = []    meta_opt.zero_grad()    for i in range(task_num):        with higher.innerloop_ctx(            net, inner_opt, copy_initial_weights=False        ) as (fnet, diffopt):            # 通过对模型参数进行梯度步骤来优化支持集的可能性。            # 这将模型的元参数适应任务。            # higher能够自动保持网络参数的副本,因为它们正在被更新。            for _ in range(n_inner_iter):                spt_logits = fnet(x_spt[i])                spt_loss = F.cross_entropy(spt_logits, y_spt[i])                diffopt.step(spt_loss)            # 最终的适应参数集将在查询数据集上产生一些最终损失和准确率。            # 这些将用于更新模型的元参数。            qry_logits = fnet(x_qry[i])            qry_loss = F.cross_entropy(qry_logits, y_qry[i])            qry_losses.append(qry_loss.detach())            qry_acc = (qry_logits.argmax(                dim=1) == y_qry[i]).sum().item() / querysz            qry_accs.append(qry_acc)            # 更新模型的元参数以优化此批次中所有采样任务的查询损失。            # 这将通过梯度步骤展开。            qry_loss.backward()    meta_opt.step()    qry_losses = sum(qry_losses) / task_num    qry_accs = 100. * sum(qry_accs) / task_num    i = epoch + float(batch_idx) / n_train_iter    iter_time = time.time() - start_timedef inner_loop2():    n_inner_iter = 5    inner_opt = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=1e-1)    qry_losses = []    qry_accs = []    meta_opt.zero_grad()    meta_loss = 0    for i in range(task_num):        with higher.innerloop_ctx(            net, inner_opt, copy_initial_weights=False        ) as (fnet, diffopt):            # 通过对模型参数进行梯度步骤来优化支持集的可能性。            # 这将模型的元参数适应任务。            # higher能够自动保持网络参数的副本,因为它们正在被更新。            for _ in range(n_inner_iter):                spt_logits = fnet(x_spt[i])                spt_loss = F.cross_entropy(spt_logits, y_spt[i])                diffopt.step(spt_loss)            # 最终的适应参数集将在查询数据集上产生一些最终损失和准确率。            # 这些将用于更新模型的元参数。            qry_logits = fnet(x_qry[i])            qry_loss = F.cross_entropy(qry_logits, y_qry[i])            qry_losses.append(qry_loss.detach())            qry_acc = (qry_logits.argmax(                dim=1) == y_qry[i]).sum().item() / querysz            qry_accs.append(qry_acc)            # 更新模型的元参数以优化此批次中所有采样任务的查询损失。            # 这将通过梯度步骤展开。            #qry_loss.backward()            meta_loss += qry_loss    meta_loss.backward()    meta_opt.step()    qry_accs = 100. * sum(qry_accs) / task_num    i = epoch + float(batch_idx) / n_train_iter    iter_time = time.time() - start_time

它们真的等价吗?


交叉发布:


回答:

唯一的区别是,在第二种方法中,你需要在内存中保留更多的东西——在你调用backward之前,你需要为每个task_num迭代保留所有展开的参数fnet.parameters(time=T)(连同中间计算张量)作为聚合meta_loss图的一部分。如果你对每个任务都调用backward,你只需要为一个任务保留完整的展开参数集(和其他图形部分)。

所以回答你标题的问题:因为在这种情况下,内存占用是task_numtask_num倍大。

简而言之,你所做的事情类似于比较以下代码中的loopA(N)loopB(N)。在这里,loopA将尽可能多地占用内存,并在足够大的N时导致内存溢出,而loopB将对任何大的N使用大致相同数量的内存:

import torchimport numpy as npa = 0np.random.seed(1)v = torch.tensor(np.random.randn(1000000))y = torch.tensor(np.random.randn(1000000))x = torch.zeros(1000000, requires_grad=True)def loopA(N=1000):    a = 0    for i in range(N):        a += ((x * v - y)**2).sum()    a.backward()def loopB(N=1000):    for i in range(N):        a = ((x * v - y)**2).sum()        a.backward()

关于归一化——两种方法是等价的(可能在数值精度上有所不同):如果你先将各个损失相加,然后除以task_num,最后调用backward,那么你将有效地计算d((Loss_1 + ... + Loss_{task_num})/task_num) / dw(其中w是元优化器正在拟合的权重之一)。另一方面,如果你对每个损失除以task_num后调用backward,你将得到d(Loss_1/task_num)/dw + ... + d(Loss_{task_num}/task_num)/dw,这是相同的,因为取梯度操作是线性的。所以在这两种情况下,你的元优化器步骤将以几乎相同的梯度开始。

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