jax可微分编程的笔记(2)

jax可微分编程的笔记(2)

第2章 自动微分

自动微分和符号求导有诸多的相似之处:它们同样依赖于计算图

的构建,同样依赖于求导的递归实现。从某种意义上来说,它们

甚至有完全相同的数据结构。不过,二者的区别也是显著的:

符号微分侧重于符号,而自动微分则侧重于数值。

自动微分是一种专门化的计算图网络。各种所谓的"神经网络",

只不过是某种特殊的计算图结构,而由此引申出所谓的"深度学习"

的概念,不过是可微分编程框架的这一概念外延的子集。

2.1.1 前向模式的理论

自动微分的前向模式适用于函数输入参数个数较少,输出参数个数

较多的场合。

2.1.2 前向模式的二元数诠释

从数学的角度来看,我们可以将自动微分的前向模式理解为将函数

延拓到二元数域的结果。

从本质上来说,二元数幂零元E^2=0,承接了同调论中的重要结论

d。df=0 ,在这样的视角下,二元数与微分操作在数学结构上的相似

就成为了显然。

2.2 反向模式

直观上来看,反向模式的算法与前向模式相比显得极为不同,然而,

自动微分的反向模式与前向模式,其实具有相当的一致性。

2.2.1 反向模式的理论

对结点的处理将会沿着计算图构建顺序的相反方向执行,这样的求导

实现方式,称为自动微分的反向模式,由此引出的算法又称为反向

传播算法。

第一次反向传播,我们可以计算出雅可比矩阵的一行,因此,自动微分

的反向模式适用于函数的输入变量较多,而输出维数较少的场合。

在反向模式的代码现实中,要对计算图网络进行拓扑排序,用于拓扑排序

的卡恩算法是卡恩在1962年提出的.它允许我们尝试对任意的有向图

进行拓扑排序

2.2.2 反向模式与前向模式的统一

在前向模式时,如果将计算图所定义的函数f扩展到二元数域,其切值

中将包含着雅可比矩阵作用于x的结果。

当一个函数的输入x发生了变化时,函数的输出f将如何变化?在前向

模式中,在保留到一阶的情形下,x的微小变化 delta x 将会导致输出

的f产生变化 delta f.这样的响应关系将会随着正向的计算,穿过一

整张由函数f所定义的计算图,这样的数学行为被我们用二元数的运算

法则进行了严格的描述。

下面我们希望询问上述问题的反问题:当一个函数的输出f发生了变化

时,函数的输入x将如何变化?在一个机械臂的控制问题中,自动微分

的前向模式相当于根据每个机械节点的形态及转 速,控制机械臂末端

的状态;而自动微分的反向模式,则是通过机械臂终端节点的空间状态

及运动趋势,控制其每个关节的运动参数。

对于一个函数数值的计算,只有在它所有的输入的值全部完成计算后

才能进行计算,这样的计算顺序其实就是一种拓扑序。

相关推荐
wearegogog1232 小时前
基于 MATLAB 的卡尔曼滤波器实现,用于消除噪声并估算信号
前端·算法·matlab
一只小小汤圆2 小时前
几何算法库
算法
Evand J2 小时前
【2026课题推荐】DOA定位——MUSIC算法进行多传感器协同目标定位。附MATLAB例程运行结果
开发语言·算法·matlab
leo__5202 小时前
基于MATLAB的交互式多模型跟踪算法(IMM)实现
人工智能·算法·matlab
忆锦紫2 小时前
图像增强算法:Gamma映射算法及MATLAB实现
开发语言·算法·matlab
玄〤2 小时前
黑马点评中 VoucherOrderServiceImpl 实现类中的一人一单实现解析(单机部署)
java·数据库·redis·笔记·后端·mybatis·springboot
t198751283 小时前
基于自适应Chirplet变换的雷达回波微多普勒特征提取
算法
guygg883 小时前
采用PSO算法优化PID参数,通过调用Simulink和PSO使得ITAE标准最小化
算法
老鼠只爱大米3 小时前
LeetCode算法题详解 239:滑动窗口最大值
算法·leetcode·双端队列·滑动窗口·滑动窗口最大值·单调队列
知乎的哥廷根数学学派3 小时前
基于多模态特征融合和可解释性深度学习的工业压缩机异常分类与预测性维护智能诊断(Python)
网络·人工智能·pytorch·python·深度学习·机器学习·分类