NDArray自动求导
NDArray可以很方便的求解导数,比如下面的例子:(代码主要参考自https://zh.gluon.ai/chapter_crashcourse/autograd.html)

用代码实现如下:
import mxnet.ndarray as nd
import mxnet.autograd as ag
x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print(x)
x.attach_grad() #附加导数存放的空间
with ag.record():
y = 2*x**2
y.backward() #求导
z = x.grad #将导数结果(也是一个矩阵)赋值给z
print(z) #打印结果
[[ 1. 2.]
[ 3. 4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)> [[ 4. 8.]
[ 12. 16.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
对控制流求导
NDArray还能对诸如if的控制分支进行求导,比如下面这段代码:
def f(a):
if nd.sum(a).asscalar()<15: #如果矩阵a的元数和<15
b = a*2 #则所有元素*2
else:
b = a
return b
数学公式等价于:

这样就转换成本文最开头示例一样,变成单一函数求导,显然导数值就是x前的常数项,验证一下:
import mxnet.ndarray as nd
import mxnet.autograd as ag def f(a):
if nd.sum(a).asscalar()<15: #如果矩阵a的元数和<15
b = a*2 #则所有元素平方
else:
b = a
return b #注:1+2+3+4<15,所以进入b=a*2的分支
x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print("x1=")
print(x)
x.attach_grad()
with ag.record():
y = f(x)
print("y1=")
print(y)
y.backward() #dy/dx = y/x 即:2
print("x1.grad=")
print(x.grad) x = x*2
print("x2=")
print(x)
x.attach_grad()
with ag.record():
y = f(x)
print("y2=")
print(y)
y.backward()
print("x2.grad=")
print(x.grad)
x1=
[[ 1. 2.]
[ 3. 4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
y1=
[[ 2. 4.]
[ 6. 8.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
x1.grad=
[[ 2. 2.]
[ 2. 2.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
x2=
[[ 2. 4.]
[ 6. 8.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
y2=
[[ 2. 4.]
[ 6. 8.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
x2.grad=
[[ 1. 1.]
[ 1. 1.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
头梯度
原文上讲得很含糊,其实所谓头梯度,就是一个求导结果前的乘法系数,见下面代码:
import mxnet.ndarray as nd
import mxnet.autograd as ag x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print("x=")
print(x) x.attach_grad()
with ag.record():
y = 2*x*x head = nd.array([[10, 1.], [.1, .01]]) #所谓的"头梯度"
print("head=")
print(head)
y.backward(head_gradient) #用头梯度求导 print("x.grad=")
print(x.grad) #打印结果
x=
[[ 1. 2.]
[ 3. 4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
head=
[[ 10. 1. ]
[ 0.1 0.01]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
x.grad=
[[ 40. 8. ]
[ 1.20000005 0.16 ]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
对比本文最开头的求导结果,上面的代码仅仅多了一个head矩阵,最终的结果,其实就是在常规求导结果的基础上,再乘上head矩阵(指:数乘而非叉乘)

链式法则
先复习下数学

注:最后一行中所有变量x,y,z都是向量(即:矩形),为了不让公式看上去很凌乱,就统一省掉了变量上的箭头。NDArray对复合函数求导时,已经自动应用了链式法则,见下面的示例代码:
import mxnet.ndarray as nd
import mxnet.autograd as ag x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print("x=")
print(x) x.attach_grad()
with ag.record():
y = x**2
z = y**2 + y z.backward() print("x.grad=")
print(x.grad) #打印结果 print("w=")
w = 4*x**3 + 2*x
print(w) # 验证结果
x=
[[ 1. 2.]
[ 3. 4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
x.grad=
[[ 6. 36.]
[ 114. 264.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
w=
[[ 6. 36.]
[ 114. 264.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>
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