【问题标题】:tensorflow gradients in eager mode return zeros急切模式下的张量流梯度返回零
【发布时间】:2023-04-11 08:44:01
【问题描述】:

问题:我正在从保存的检查点加载一个简单的 VGG16。我想在推理过程中为图像生成显着性。当我计算为此所需的梯度(损失输入图像)时,我将所有梯度恢复为零。非常感谢我在这里缺少的任何想法!

tf 版本: tensorflow-2.0alpha-gpu

型号:

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.applications.vgg16 import VGG16 as KerasVGG16
from tensorflow.keras.models import Model
from tensorflow.keras.layers import Flatten, Dense

class VGG16(Model):

    def __init__(self, num_classes, use_pretrained=True):

        super(VGG16, self).__init__()
        self.num_classes = num_classes
        self.use_pretrained = use_pretrained

        if use_pretrained:
            self.base_model = KerasVGG16(weights='imagenet', include_top=False)
            for layer in self.base_model.layers:
                layer.trainable = False
        else:
            self.base_model = KerasVGG16(include_top=False)

        self.flatten1 = Flatten(name='flatten')
        self.dense1 = Dense(4096, activation='relu', name='fc1')
        self.dense2 = Dense(100, activation='relu', name='fc2')
        self.dense3 = Dense(self.num_classes, activation='softmax', name='predictions')

    def call(self, inputs):

        x = self.base_model(tf.cast(inputs, tf.float32))
        x = self.flatten1(x)
        x = self.dense1(x)
        x = self.dense2(x)
        x = self.dense3(x)
        return x

我训练这个模型并将其保存到一个检查点并通过以下方式加载它:

model = VGG16(num_classes=2, use_pretrained=False)
checkpoint = tf.train.Checkpoint(net=model)
        status = checkpoint.restore(tf.train.latest_checkpoint('./my_checkpoint'))
status.assert_consumed()

我确认重量已正确加载。

获取测试图像

# load my image and make sure its float
img = tf.convert_to_tensor(image, dtype=tf.float64)
support_class = tf.convert_to_tensor(support_class, dtype=tf.float64)

获取渐变:

with tf.GradientTape(persistent=True) as g_tape:
    g_tape.watch(img)
    #g_tape.watch(model.base_model.trainable_variables)
    #g_tape.watch(model.trainable_variables)
    loss = tf.losses.CategoricalCrossentropy()(support_class, model(img))    
    gradients_wrt_image = g_tape.gradient(loss,
                                    img, unconnected_gradients=tf.UnconnectedGradients.NONE)

当我检查我的渐变时,它们都为零!知道我错过了什么吗?提前致谢!

【问题讨论】:

  • 你如何定义support_class
  • 这只是一个热张量,例如 [[0.0, 1.0]]
  • 为什么你认为你的梯度是零? grads = g_tape.gradient(loss, img, unconnected_gradients=tf.UnconnectedGradients.NONE); print(tf.reduce_sum(grads, axis=None)) 不打印零。它可能接近于零但不是零
  • @Vlad 对不起,在我的手机里。是的,我也希望梯度不为零(并且接近于零)。我对所有梯度进行了 numpy 检查,看看它们中是否有任何非零。
  • 我的代码没有得到零毕业生image = [np.random.normal(size=(32, 32, 3))]

标签: python tensorflow eager-execution


【解决方案1】:

梯度不为零,尽管它们非常小:

def almost_equals(a, b, decimal=6):
    try:
        np.testing.assert_almost_equal(a, b, decimal=decimal)
    except AssertionError:
        return False
    return True

image = [abs(np.random.normal(size=(32, 32, 3))) for _ in range(20)]
label = [[0, 1] if i % 3 == 0 else [1, 0] for i in range(20)]
img = tf.convert_to_tensor(image, dtype=tf.float64)
support_class = tf.convert_to_tensor(label, dtype=tf.float64)
loss_fn = tf.losses.CategoricalCrossentropy()

with tf.GradientTape(persistent=True) as tape:
    tape.watch(img)
    softmaxed = model(img)
    loss = loss_fn(support_class, softmaxed)
    grads = tape.gradient(loss, img, unconnected_gradients=tf.UnconnectedGradients.NONE)
    # summing up all gradients with reduction over all dimension:
    print(tf.reduce_sum(grads, axis=None).numpy()) # 0.07137820225818814
    # comparing to zeros:
    zeros_like_grads = np.zeros_like(grads.numpy())  
    for decimal in range(10, 0, -1):
        print('decimal: {0}: {1}'.format(decimal,
                                         almost_equals(zeros_like_grads,
                                                       grads.numpy(),
                                                       decimal=decimal)))
# decimal: 10: False
# decimal: 9: False
# decimal: 8: False
# decimal: 7: False
# decimal: 6: False
# decimal: 5: False
# decimal: 4: False
# decimal: 3: True
# decimal: 2: True
# decimal: 1: True

如您所见,仅从decimal=3 开始返回True

【讨论】:

  • 感谢 @Vlad 帮助调试网络。您的检查确认了网络是正确的这一事实。我发布了一个答案,可以帮助我恢复渐变:)
  • @borarak 很高兴听到。
【解决方案2】:

所以,事实证明网络没有问题。问题与我在最终Dense 层中使用的 softmax 激活的行为有关。我没有考虑到来自 softmax 的非常自信的预测(例如我的一个预测 [[1.0000000e+00 1.9507678e-25]])会使梯度为零(理论上非常接近于零,但实际上为零)。一个有用的线程讨论这个以及如何解决它:https://github.com/keras-team/keras/issues/5881

我的解决方案:当我想计算输入图像的梯度时关闭 softmax 激活

【讨论】:

    猜你喜欢
    • 2016-09-12
    • 1970-01-01
    • 2016-08-20
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    相关资源
    最近更新 更多