pytorchで非線形関数をbackpropする

タイトルの通り、step関数などの非線形関数を噛ませた場合にもbackpropagationをするにはどうしたらいいかという記事です。

答えは結構簡単で、

import torch
class RoundNoGradient(torch.autograd.Function):
    @staticmethod
    def forward(ctx, x):
        return x.round()
    @staticmethod
    def backward(ctx, g):
        return g 

などと定義してあげればいいです。

具体的には、下のように使えます。この例では、非線形関数として、四捨五入するroundを用いています。

2つ目の関数とロスを定義

m = torch.nn.Conv2d(2, 3, 3, stride=2)
l = torch.nn.L1Loss()

普通にroundをした場合

input = torch.autograd.Variable(torch.randn(3, 2, 6, 6), requires_grad=True)
x = input.round()
y = m(x)
output = l(x, torch.autograd.Variable(torch.randn(3, 2, 6, 6)))
output.backward()
print(input.grad[:2,:2,:2,:2])

'''
tensor([[[[0., 0.],
          [0., 0.]],

         [[0., 0.],
          [0., 0.]]],


        [[[0., 0.],
          [0., 0.]],

         [[0., 0.],
          [0., 0.]]]])
'''

この場合は途中でroundが挟まっているためにbackpropが出来ていない事がわかります。
次に、RoundNoGradientを使った場合を見てみましょう。

RoundNoGradientを使った場合

input = torch.autograd.Variable(torch.randn(3, 2, 6, 6), requires_grad=True)
x = RoundNoGradient.apply(input)
y = m(x)
output = l(x, torch.autograd.Variable(torch.randn(3, 2, 6, 6)))
output.backward()
print(input.grad[:2,:2,:2,:2])

'''
tensor([[[[ 0.0046, -0.0046],
          [-0.0046, -0.0046]],

         [[ 0.0046, -0.0046],
          [-0.0046, -0.0046]]],


        [[[ 0.0046,  0.0046],
          [ 0.0046,  0.0046]],

         [[ 0.0046, -0.0046],
          [-0.0046,  0.0046]]]])
'''

backprop出来ているのがわかります。

ちなみに、tensorflowの場合は

with graph.gradient_override_map({'Round': 'Identity'}):

とするだけで実現できます。

参考