mindspore.nn.Adam

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class mindspore.nn.Adam(params, learning_rate=0.001, beta1=0.9, beta2=0.999, eps=1e-08, use_locking=False, use_nesterov=False, weight_decay=0.0, loss_scale=1.0, use_amsgrad=False, **kwargs)[源代码]

Adaptive Moment Estimation (Adam)算法的实现。

Adam optimizer可以使用梯度的first-order moment estimation和second-order moment estimation,动态地调整每一个参数的学习率。

请参阅论文 Adam: A Method for Stochastic Optimization

公式如下:

\[\begin{split}\begin{array}{l} &\newline &\hline \\ &\textbf{Parameters}: \: 1^{\text {st }}\text {moment vector} \: m , \: 2^{\text {nd}} \: \text{moment vector} \: v , \\ &\:\text{gradients } g, \: \text{learning rate} \: \gamma, \text { exponential decay rates for the moment estimates} \: \beta_{1} \: \beta_{2} , \\ &\:\text {parameter vector} \: w_{0}, \:\text{timestep} \: t , \text{ weight decay } \lambda \\ &\textbf{Init}: m_{0} \leftarrow 0, \: v_{0} \leftarrow 0, \: t \leftarrow 0, \: \text{init parameter vector} \: w_{0} \\[-1.ex] &\newline &\hline \\ &\textbf{while} \: w_{t} \: \text{not converged} \: \textbf{do} \\ &\hspace{5mm}\boldsymbol{g}_{t} \leftarrow \nabla_{w} \boldsymbol{f}_{t}\left(\boldsymbol{w}_{t-1}\right) \\ &\hspace{5mm}\textbf {if } \lambda \neq 0 \\ &\hspace{10mm}\boldsymbol{g}_{t} \leftarrow \boldsymbol{g}_{t}+\lambda \boldsymbol{w}_{t-1} \\ &\hspace{5mm}\boldsymbol{m}_{t} \leftarrow \beta_{1} \boldsymbol{m}_{t-1}+\left(1-\beta_{1}\right) \boldsymbol{g}_{t} \\ &\hspace{5mm}\boldsymbol{v}_{t} \leftarrow \beta_{2} \boldsymbol{v}_{t-1}+\left(1-\beta_{2}\right) \boldsymbol{g}_{t}^{2} \\ &\hspace{5mm}\hat{\boldsymbol{m}}_{t} \leftarrow \boldsymbol{m}_{t} /\left(1-\beta_{1}^{t}\right) \\ &\hspace{5mm}\hat{\boldsymbol{v}}_{t} \leftarrow \boldsymbol{v}_{t} /\left(1-\beta_{2}^{t}\right) \\ &\hspace{5mm}\boldsymbol{w}_{t} \leftarrow \boldsymbol{w}_{t-1}-\gamma \hat{\boldsymbol{m}}_{t} /(\sqrt{\hat{\boldsymbol{v}}_{t}}+\epsilon) \\ &\textbf{end while} \\[-1.ex] &\newline &\hline \\[-1.ex] &\textbf{return} \: \boldsymbol{w}_{t} \\[-1.ex] &\newline &\hline \\[-1.ex] \end{array}\end{split}\]

\(m\) 代表第一个动量矩阵,\(v\) 代表第二个动量矩阵,\(g\) 代表梯度 gradients\(\gamma\) 代表学习率 learning_rate\(\beta_1, \beta_2\) 代表衰减速率 beta1beta2\(t\) 代表当前step,\(beta_1^t\)\(beta_2^t\) 代表 beta1beta2 的t次方 , \(w\) 代表 params\(\epsilon\) 代表 eps

说明

  • 如果前向网络使用了SparseGatherV2等算子,优化器会执行稀疏运算。通过设置 target 为CPU,可在主机(host)上进行稀疏运算。稀疏特性在持续开发中。

  • 在参数未分组时,优化器配置的 weight_decay 应用于名称不含”beta”或”gamma”的网络参数。

  • 用户可以分组调整权重衰减策略。分组时,每组网络参数均可配置 weight_decay 。若未配置,则该组网络参数使用优化器中配置的 weight_decay

当使用Adam时,如果设置 use_lazy =True,需要注意的是,梯度稀疏时该优化器只更新网络参数的当前的索引位置,稀疏行为不等同于Adam算法。如果想执行稀疏策略,那么需要把target设置为CPU。

当使用Adam时,如果设置 use_offload =True,需要注意的是,此优化器目前仅支持图模式。

参数:
  • params (Union[list[Parameter], list[dict]]) - 必须是 Parameter 组成的列表或字典组成的列表。当列表元素是字典时,字典的键可以是”params”、”lr”、”weight_decay”、”grad_centralization”和”order_params”:

    • params - 必填。当前组别的权重,该值必须是 Parameter 列表。

    • lr - 可选。如果键中存在”lr”,则使用对应的值作为学习率。如果没有,则使用优化器中的参数 learning_rate 作为学习率。支持固定和动态学习率。

    • weight_decay - 可选。如果键中存在”weight_decay”,则使用对应的值作为权重衰减值。如果没有,则使用优化器中配置的 weight_decay 作为权重衰减值。 值得注意的是, weight_decay 可以是常量,也可以是Cell类型。Cell类型的weight decay用于实现动态weight decay算法。动态权重衰减和动态学习率相似, 用户需要自定义一个输入为global step的weight_decay_schedule。在训练的过程中,优化器会调用WeightDecaySchedule的实例来获取当前step的weight decay值。

    • grad_centralization - 可选。如果键中存在”grad_centralization”,则使用对应的值,该值必须为布尔类型。如果没有,则认为 grad_centralization 为False。该参数仅适用于卷积层。

    • order_params - 可选。值的顺序是参数更新的顺序。当使用参数分组功能时,通常使用该配置项保持 parameters 的顺序以提升性能。如果键中存在”order_params”,则会忽略该组配置中的其他键。”order_params”中的参数必须在某一组 params 参数中。

  • learning_rate (Union[float, int, Tensor, Iterable, LearningRateSchedule]) - 默认值: 1e-3

    • float - 固定的学习率。必须大于等于零。

    • int - 固定的学习率。必须大于等于零。整数类型会被转换为浮点数。

    • Tensor - 可以是标量或一维向量。标量是固定的学习率。一维向量是动态的学习率,第i步将取向量中第i个值作为学习率。

    • Iterable - 动态的学习率。第i步将取迭代器第i个值作为学习率。

    • LearningRateSchedule - 动态的学习率。在训练过程中,优化器将使用步数(step)作为输入,调用 LearningRateSchedule 实例来计算当前学习率。

  • beta1 (float) - 第一个动量矩阵的指数衰减率。参数范围(0.0,1.0)。默认值: 0.9

  • beta2 (float) - 第二个动量矩阵的指数衰减率。参数范围(0.0,1.0)。默认值: 0.999

  • eps (float) - 加在分母上的值,以确保数值稳定。必须大于0。默认值: 1e-8

  • use_locking (bool) - 是否对参数更新加锁保护。如果为 True ,则 wmv 的tensor更新将受到锁的保护。如果为 False ,则结果不可预测。默认值: False

  • use_nesterov (bool) - 是否使用Nesterov Accelerated Gradient (NAG)算法更新梯度。如果为 True ,使用NAG更新梯度。如果为 False ,则在不使用NAG的情况下更新梯度。默认值:False

  • use_amsgrad (bool) - 是否使用Amsgrad算法更新梯度。如果为 True ,使用Amsgrad更新梯度。如果为 False ,则在不使用Amsgrad的情况下更新梯度。默认值: False

  • weight_decay (Union[float, int, Cell]) - 权重衰减(L2 penalty)。默认值: 0.0

    • float: 固定值,必须大于或者等于0。

    • int: 固定值,必须大于或者等于0,会被转换成float。

    • Cell: 动态weight decay。在训练过程中,优化器会使用步数(step)作为输入,调用该Cell实例来计算当前weight decay值。

  • loss_scale (float) - 梯度缩放系数,必须大于0。如果 loss_scale 是整数,它将被转换为浮点数。通常使用默认值,仅当训练时使用了 FixedLossScaleManager,且 FixedLossScaleManagerdrop_overflow_update 属性配置为 False 时,此值需要与 FixedLossScaleManager 中的 loss_scale 相同。有关更多详细信息,请参阅 mindspore.amp.FixedLossScaleManager。默认值: 1.0

  • kwargs -

    • use_lazy (bool):是否使用Lazy Adam算法。默认值: False 。如果为 True ,使用lazy Adam,反之使用普通Adam算法。

    • use_offload (bool):是否在主机CPU上运行Adam优化算法。默认值: False 。如果为 True ,使用offload方法,反之使用普通Adam算法。

输入:
  • gradients (tuple[Tensor]) - params 的梯度,形状(shape)与 params 相同。

输出:

Tensor[bool],值为True。

异常:
  • KeyError - 如果 kwargs 接收到非 'use_lazy' or 'use_offload' 的关键字。

  • TypeError - learning_rate 不是int、float、Tensor、iterable或LearningRateSchedule。

  • TypeError - parameters 的元素不是Parameter或字典。

  • TypeError - beta1beta2epsloss_scale 不是float。

  • TypeError - weight_decay 不是float或int。

  • TypeError - use_lockinguse_nesterovuse_amsgraduse_lazyuse_offload 不是bool。

  • ValueError - loss_scaleeps 小于或等于0。

  • ValueError - beta1beta2 不在(0.0, 1.0)范围内。

  • ValueError - weight_decay 小于0。

  • ValueError - use_lazyuse_offload 均为 True

  • ValueError - use_amsgrad 为True时, use_lazyuse_offload 亦为 True

  • ValueError - 在分布式训练时,use_amsgradTrue

支持平台:

Ascend GPU CPU

样例:

>>> import mindspore as ms
>>> from mindspore import nn
>>>
>>> # Define the network structure of LeNet5. Refer to
>>> # https://gitee.com/mindspore/docs/blob/r2.2/docs/mindspore/code/lenet.py
>>> net = LeNet5()
>>> #1) All parameters use the same learning rate and weight decay
>>> optim = nn.Adam(params=net.trainable_params())
>>>
>>> #2) Use parameter groups and set different values
>>> conv_params = list(filter(lambda x: 'conv' in x.name, net.trainable_params()))
>>> no_conv_params = list(filter(lambda x: 'conv' not in x.name, net.trainable_params()))
>>> group_params = [{'params': conv_params, 'weight_decay': 0.01, 'grad_centralization':True},
...                 {'params': no_conv_params, 'lr': 0.01},
...                 {'order_params': net.trainable_params()}]
>>> optim = nn.Adam(group_params, learning_rate=0.1, weight_decay=0.0, use_lazy=False, use_offload=False)
>>> # The conv_params's parameters will use default learning rate of 0.1 and weight decay of 0.01 and grad
>>> # centralization of True.
>>> # The no_conv_params's parameters will use learning rate of 0.01 and default weight decay of 0.0 and grad
>>> # centralization of False.
>>> # The final parameters order in which the optimizer will be followed is the value of 'order_params'.
>>>
>>> loss = nn.SoftmaxCrossEntropyWithLogits()
>>> model = ms.Model(net, loss_fn=loss, optimizer=optim)