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張量流自動微分中的二階導數為None

2022-11-08 00:49:27 後端開發

在下面的代碼中,我正在計算一個具有線性激活函式的線性網路的二階導y_xx_linmodelLineary_xx_tanhmodelTanhtanh

我的問題是:y_xx_linNoney_xx_tanh顯示了一些價值。這個 Stackoverflow 問題之后,我猜這y_xx_linNone因為線性函式的二階導數對于所有輸入值都為零,因此在某種意義上與輸入無關。是這樣嗎?

即使是這樣,我希望 TensorFlow 計算導數并回傳它,而不是回傳None. 這可能嗎?

# Second derivative of a linear network appears to be None

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.models import Model
from tensorflow.keras.layers import Dense, Input
from tensorflow.keras.optimizers import Adam
from tensorflow.keras.losses import MeanSquaredError
import tensorflow.keras.backend as K
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def build_network(activation='linear'):
    input_layer  = Input(1)
    inner_layer  = Dense(6, activation=activation)(input_layer)
    inner_layer1 = Dense(6, activation=activation)(inner_layer)
    inner_layer2 = Dense(6, activation=activation)(inner_layer1)
    output_layer = Dense(1, activation='linear')(inner_layer2)
    model = Model(input_layer, output_layer)
    return model

def get_first_second_derivative(X_train,y_train,model):
    with tf.GradientTape(persistent=True) as tape_second:
        tape_second.watch(X_train)
        
        with tf.GradientTape(persistent=True) as tape_first:
            # Watch the variables with who/whom we want to compute gradients
            tape_first.watch(X_train)
    
            # get the output of the NN
            output = model(X_train)
    
        y_x  = tape_first.gradient(output,X_train)

    y_xx = tape_second.gradient(y_x,X_train)
    
    return y_x,y_xx

modelLinear = build_network(activation='linear')
modelLinear.compile(optimizer=Adam(learning_rate=0.1),loss='mse')

modelTanh = build_network(activation='tanh')
modelTanh.compile(optimizer=Adam(learning_rate=0.1),loss='mse')

X_train = np.linspace(-1,1,10).reshape((-1,1))
y_train = X_train*X_train

X_train = tf.convert_to_tensor(X_train,dtype=tf.float64)
y_train = tf.convert_to_tensor(y_train,dtype=tf.float64)

y_x_lin,y_xx_lin   = get_first_second_derivative(X_train,y_train,modelLinear)
y_x_tanh,y_xx_tanh = get_first_second_derivative(X_train,y_train,modelTanh)

print('Type of y_xx_lin = ',type(y_xx_lin))

uj5u.com熱心網友回復:

如果你設定lambda x: x ** 1而不是'linear'喜歡它會起作用

...

id_func = lambda x: x ** 1

def build_network(activation=id_func):
    input_layer  = Input(1)
    inner_layer  = Dense(6, activation=activation)(input_layer)
    inner_layer1 = Dense(6, activation=activation)(inner_layer)
    inner_layer2 = Dense(6, activation=activation)(inner_layer1)
    output_layer = Dense(1, activation=id_func)(inner_layer2)
    model = Model(input_layer, output_layer)
    return model

...

modelLinear = build_network(activation=id_func)

...

它起作用的原因以及您編碼失敗的原因在于您已經參考的答案使用這種奇怪的身份函式實作,TensorFlow 反向傳播可以正常作業。

使用 TensorfFlow 2.9.2 版進行測驗。

uj5u.com熱心網友回復:

如果您想計算與輸入的偏差作為一個系列(我看到了您的問題和意圖,但您可以使用模型層作為代碼示例,您可以為了方便進行一些調整)

示例:<<它增長的速度有多快,它們的結果就有多快>>

import tensorflow as tf

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
: Class / Definition
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
class MyLSTMLayer( tf.keras.layers.LSTM ):
    def __init__(self, units, return_sequences, return_state):
        super(MyLSTMLayer, self).__init__( units, return_sequences=True, return_state=False )
        self.num_units = units

    def build(self, input_shape):
        self.kernel = self.add_weight("kernel",
        shape=[int(input_shape[-1]),
        self.num_units])

    def call(self, inputs):
        derivative_number = tf.constant([ 2.0 ])
        
        ZeroPadding1D_front = tf.keras.layers.ZeroPadding1D(padding=( 1, 0 ))
        ZeroPadding1D_back = tf.keras.layers.ZeroPadding1D(padding=( 0, 1 ))

        reshape = tf.reshape( inputs, shape=(1, 1024, 1), name="Reshape" )
        subtract = tf.math.subtract( ZeroPadding1D_front( reshape ), ZeroPadding1D_back( reshape ), name="Subtract" )
        devide = tf.math.divide_no_nan( subtract, derivative_number, name="Devide" )

        # X = [ 1, 2, 3, 4, 5 ]
        # Y = 2
        # X/Y = [ ( 2 - 1 / 2 ), ( 3 - 2 / 2 ), ( 4 - 3 / 2 ), ( 5 - 4 / 2 ) ]
        # X/Y = [ 0.5, 0.5, 0.5, 0.5 ]

        return devide
        
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
: Variables
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
start = 3
limit = 3075
delta = 3
sample = tf.range( start, limit, delta )
sample = tf.cast( sample, dtype=tf.float32 )
sample = tf.constant( sample, shape=( 1, 1, 1024 ), dtype=tf.float32 )
layer = MyLSTMLayer( 1024, True, False )

model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.Input(shape=(1, 1024)),
    layer,
])

model.summary()

print( "Sample: " )
print( sample )
print( "Predict: " )
print( model.predict(sample) )

輸出:

Model: "sequential"
_________________________________________________________________
 Layer (type)                Output Shape              Param #
=================================================================
 my_lstm_layer (MyLSTMLayer)  (1, 1025, 1)             1048576

=================================================================
Total params: 1,048,576
Trainable params: 1,048,576
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________
Sample:
tf.Tensor([[[3.000e 00 6.000e 00 9.000e 00 ... 3.066e 03 3.069e 03 3.072e 03]]], shape=(1, 1, 1024), dtype=float32)
Predict:
1/1 [==============================] - 0s 69ms/step
[[[-1.500e 00]
  [-1.500e 00]
  [-1.500e 00]
  ...
  [-1.500e 00]
  [-1.500e 00]
  [ 1.536e 03]]]

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/528380.html

標籤:Python张量流机器学习坡度自动分化

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