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Python面试题：结合Python技术，如何使用PyTorch进行动态计算图构建

news 2025/7/19 8:30:58

PyTorch 是一个流行的深度学习框架，它通过动态计算图（Dynamic Computation Graphs）来支持自动微分（Autograd）。动态计算图的特点是每次前向传播时都会构建新的计算图，这使得它非常灵活，适合处理可变长度的输入和复杂的模型结构。

以下是如何使用 PyTorch 构建动态计算图的步骤和示例：

基本步骤

导入必要的库：
- 导入 torch 和 torch.nn，这些是 PyTorch 的核心模块。
定义模型：
- 使用 torch.nn.Module 创建自定义模型类。在 forward 方法中定义前向传播的计算，这将动态构建计算图。
创建输入数据：
- 通过 torch.Tensor 创建输入张量。张量是 PyTorch 中的基本数据结构，支持自动微分。
前向传播：
- 将输入数据传入模型进行前向传播，计算输出。每次前向传播时，PyTorch 会自动构建一个新的计算图。
反向传播：
- 调用 backward() 方法来计算梯度。这是基于当前的计算图进行的。
更新参数：
- 使用优化器（如 torch.optim.SGD）来更新模型参数。

示例代码

以下是一个简单的线性回归示例，演示了如何使用动态计算图：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim# 定义一个简单的线性模型
class LinearRegressionModel(nn.Module):def __init__(self):super(LinearRegressionModel, self).__init__()self.linear = nn.Linear(1, 1)  # 输入和输出都是1维def forward(self, x):return self.linear(x)# 创建模型实例
model = LinearRegressionModel()# 损失函数和优化器
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01)# 创建输入数据（例如，y = 2x + 1）
x_train = torch.tensor([[1.0], [2.0], [3.0], [4.0]], requires_grad=True)
y_train = torch.tensor([[3.0], [5.0], [7.0], [9.0]])# 训练循环
num_epochs = 100
for epoch in range(num_epochs):# 前向传播：通过输入计算预测值outputs = model(x_train)loss = criterion(outputs, y_train)# 反向传播：计算梯度optimizer.zero_grad()  # 清除之前的梯度loss.backward()  # 计算新的梯度# 更新参数optimizer.step()# 打印损失值if (epoch+1) % 10 == 0:print(f'Epoch [{epoch+1}/{num_epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')# 测试模型
with torch.no_grad():test_input = torch.tensor([[5.0]])predicted = model(test_input)print(f'Predicted value for input 5.0: {predicted.item():.4f}')