一、概念

Pytorch中優化器的目的：將損失函數計算出的差值Loss減小。
優化過程：優化器計算網絡參數的梯度，然后使用一定的算法策略來對參數進行計算，用新的參數來重新進行訓練，最終降低Loss。
其中官網提供了13種優化算法，其中主要的有5種：SGD(stochastic gradient descent 隨機梯度下降)，Adagrad（自適應梯度算法），Adam（Adaptive Moment Estimation 自適應矩估計），RMSprop（Root Mean Square Prop 均方根）,LBFGS（Limited-memory Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno 有限內存中進行BFGS算法），其他均為改進算法，比如Adadelta是Adagrad的改進算法。
其中還有很多算法細節可能后續會慢慢補充。

二、介紹和示例

2.1 SGD算法

SGD算法可實現隨機梯度下降（可選動量）。
torch.optim.SGD(params, lr=, momentum=0, dampening=0, weight_decay=0, nesterov=False)
params：可迭代參數以優化或定義參數組。
lr：初始學習率，可隨著訓練過程不斷調整學習率。
momentum：動量，通常設置為0.9，0.8。momentum又稱為動量梯度下降。
dampening：動量阻尼，默認為0。
weight_decay：權值衰減系數，即L2正則化。
nesterov：啟用牛頓動量。Nesterov是Momentum的變種，就是梯度的計算方法有所不同，先用當前的速度v更新一遍權重θ，然后用更新參數p計算梯度g。
動量法：

nesterov：

learning_rate = 1e-2 optim = torch.optim.SGD(wzh.parameters(), lr=learning_rate, momentum=0.9, weight_decay=1e-2)# 優化器調優 optim.zero_grad() loss.backward() optim.step()

2.2、Adagrad

Adagrad算法可以自適應的給所有的參數分配學習率，學習率的大小與梯度的大小成反比。
torch.optim.Adagrad(params, lr=0.01, lr_decay=0, weight_decay=0, initial_accumulator_value=0, eps=1e-10)
lr_decay：學習率衰減因子，默認為0。
eps ：將其添加到分母以提高數值穩定性，默認值為1e-10，其主要的作用是避免分母為0.

optim1 = torch.optim.Adagrad(wzh.parameters(), lr=learning_rate, lr_decay=0, weight_decay=0.01,initial_accumulator_value=0, eps=1e-10)

2.3 RMSprop

RMSprop算法是Adagrad的改進形式，特點是使用指數衰減滑動平均來更新梯度平方，以避免Adagrad累計梯度平方導致學習率過小的缺點。
torch.optim.RMSprop(params, lr=0.01, alpha=0.99, eps=1e-08, weight_decay=0, momentum=0, centered=False)
alpha：平滑常數，默認為0.99。
centered：如果為真，計算中心 RMSProp，梯度通過其方差的估計進行歸一化。

由官網給出的公式可以看出，用α的值來更新梯度平方。

optim2 = torch.optim.RMSprop(wzh.parameters(), lr=learning_rate, alpha=0.99, eps=1e-8, weight_decay=0.01,momentum=0, centered=False)

2.4 Adam

Adam算法結合了RMSProp和Momentum的算法思路，由公式可以看出，分別用m和v兩個動量來對梯度進行計算，可以說是目前應用相當廣泛的優化器算法。
betas：用于計算梯度及其平方的運行平均值的系數，默認值為(0.9, 0.999)。
amsgrad：是否使用論文 On the Convergence of Adam and Beyond 中該算法的 AMSGrad 變體，默認值為false。

optim3 = torch.optim.Adam(wzh.parameters(), lr=learning_rate, betas=(0.9, 0.999), eps=1e-8, weight_decay=0.01,amsgrad=False)

2.5 LBFGS

LBFGS是BFGS四位大佬一起開發的一個算法，可以有效節省系統內存，縮小BFGS算法迭代產生的n維D矩陣，只保留部分步數。
pytorch中也可以使用改算法，但需要注意：
1：此優化器不支持每個參數選項和參數組（只能有一個）。
2：現在所有參數都必須在一個設備上。
3：這是一個非常占用內存的優化器（它需要額外的 param_bytes * (history_size + 1) 字節）。 如果它不適合內存嘗試減少歷史記錄大小，或使用不同的算法。
torch.optim.LBFGS(params, lr=1, max_iter=20, max_eval=None, tolerance_grad=1e-07, tolerance_change=1e-09, history_size=100, line_search_fn=None)
max_iter：每個優化步驟的最大迭代次數，默認值20。
max_eval：每個優化步驟的最大函數評估次數，默認值max_iter * 1.25.
tolerance_grad：一階最優性的終止容限，默認值1e-5。
tolerance_change：函數值/參數更改的終止容差，默認值1e-9。
history_size：更新歷史大小 。
line_search_fn：“strong_wolfe”或“None” 。
詳細原理部分可見：
一文讀懂L-BFGS算法

optim3 = torch.optim.LBFGS(wzh.parameters(), lr=1, max_iter=20, max_eval=None, tolerance_grad=1e-07, tolerance_change=1e-09, history_size=100, line_search_fn=None)

三、參考文章

通俗易懂理解（梯度下降）優化算法：Momentum、AdaGrad、RMSProp、Adam

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Pytorch基础（十）——优化器（SGD，Adagrad，RMSprop，Adam，LBFGS等）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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