PyTorch可复现/重复实验的相关设置-技术圈

作者丨Alxander@知乎编辑丨极市平台

来源丨https://zhuanlan.zhihu.com/p/448284000

确定性设置

1 随机种子设置

随机函数是最大的不确定性来源，包含了模型参数的随机初始化，样本的shuffle。

PyTorch 随机种子
python 随机种子
numpy 随机种子

# PyTorch
import torch
torch.manual_seed(0)

# python
import random
random.seed(0)

# Third part libraries
import numpy as np
np.random.seed(0)

CPU版本下，上述随机种子设置完成之后，基本就可实现实验的可复现了。

对于GPU版本，存在大量算法实现为不确定结果的算法，这种算法实现效率很高，但是每次返回的值会不完全一样。主要是由于浮点精度舍弃，不同浮点数以不同顺序相加，值可能会有很小的差异（小数点最末位）。

2 GPU算法确定性实现

GPU算法的不确定来源有两个

CUDA convolution benchmarking
nondeterministic algorithms

CUDA convolution benchmarking 是为了提升运行效率，对模型参数试运行后，选取最优实现。不同硬件以及benchmarking本身存在噪音，导致不确定性

nondeterministic algorithms：GPU最大优势就是并行计算，如果能够忽略顺序，就避免了同步要求，能够大大提升运行效率，所以很多算法都有非确定性结果的算法实现。通过设置use_deterministic_algorithms，就可以使得pytorch选择确定性算法。

# 不需要benchmarking
torch.backends.cudnn.benchmark=False

# 选择确定性算法
torch.use_deterministic_algorithms()

RUNTIME ERROR

对于一个PyTorch 的函数接口，没有确定性算法实现，只有非确定性算法实现，同时设置了use_deterministic_algorithms()，那么会导致运行时错误。比如：

>>> import torch
>>> torch.use_deterministic_algorithms(True)
>>> torch.randn(2, 2).cuda().index_add_(0, torch.tensor([0, 1]), torch.randn(2, 2))
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
RuntimeError: index_add_cuda_ does not have a deterministic implementation, but you set
'torch.use_deterministic_algorithms(True)'. ...

错误原因：

index_add没有确定性的实现，出现这种错误，一般都是因为调用了torch.index_select 这个api接口，或者直接调用tensor.index_add_。

解决方案：

自己定义一个确定性的实现，替换调用的接口。对于torch.index_select 这个接口，可以有如下的实现。

def deterministic_index_select(input_tensor, dim, indices):
    """
    input_tensor: Tensor
    dim: dim 
    indices: 1D tensor
    """
    tensor_transpose = torch.transpose(x, 0, dim)
    return tensor_transpose[indices].transpose(dim, 0)

样本读取随机

多线程情况下，设置每个线程读取的随机种子
设置样本generator

# 设置每个读取线程的随机种子
def seed_worker(worker_id):
    worker_seed = torch.initial_seed() % 2**32
    numpy.random.seed(worker_seed)
    random.seed(worker_seed)

g = torch.Generator()
# 设置样本shuffle随机种子，作为DataLoader的参数
g.manual_seed(0)

DataLoader(
    train_dataset,
    batch_size=batch_size,
    num_workers=num_workers,
    worker_init_fn=seed_worker,
    generator=g,
)

参考文献

Reproducibility - PyTorch 1.10.1 documentation

torch.index_select - PyTorch 1.10.1 documentation

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