polynomial_module.py

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
PyTorch: 사용자 정의 nn.Module
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:math:`y=\sin(x)` 을 예측할 수 있도록, :math:`-\pi` 부터 :math:`\pi` 까지
유클리드 거리(Euclidean distance)를 최소화하도록 3차 다항식을 학습합니다.

이번에는 사용자가 새롭게 정의한 Module의 하위 클래스(subclass)로 모델을 정의합니다.
기존 Module들을 사용하는 간단한 구성보다 더 복잡한 모델을 원한다면, 이 방법으로 모델을 정의하면 됩니다.
"""
import torch
import math


class Polynomial3(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        """
        생성자에서 4개의 매개변수를 생성(instantiate)하고, 멤버 변수로 지정합니다.
        """
        super().__init__()
        self.a = torch.nn.Parameter(torch.randn(()))
        self.b = torch.nn.Parameter(torch.randn(()))
        self.c = torch.nn.Parameter(torch.randn(()))
        self.d = torch.nn.Parameter(torch.randn(()))

    def forward(self, x):
        """
        순전파 함수에서는 입력 데이터의 텐서를 받고 출력 데이터의 텐서를 반환해야 합니다.
        텐서들 간의 임의의 연산뿐만 아니라, 생성자에서 정의한 Module을 사용할 수 있습니다.
        """
        return self.a + self.b * x + self.c * x ** 2 + self.d * x ** 3

    def string(self):
        """
        Python의 다른 클래스(class)처럼, PyTorch 모듈을 사용해서 사용자 정의 메소드를 정의할 수 있습니다.
        """
        return f'y = {self.a.item()} + {self.b.item()} x + {self.c.item()} x^2 + {self.d.item()} x^3'


# 입력값과 출력값을 갖는 텐서들을 생성합니다.
x = torch.linspace(-math.pi, math.pi, 2000)
y = torch.sin(x)

# 위에서 정의한 클래스로 모델을 생성합니다.
model = Polynomial3()

# 손실 함수와 optimizer를 생성합니다. SGD 생성자에 model.paramaters()를 호출해주면
# 모델의 멤버 학습 가능한 (torch.nn.Parameter로 정의된) 매개변수들이 포함됩니다.
criterion = torch.nn.MSELoss(reduction='sum')
optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=1e-6)
for t in range(2000):
    # 순전파 단계: 모델에 x를 전달하여 예측값 y를 계산합니다.
    y_pred = model(x)

    # 손실을 계산하고 출력합니다.
    loss = criterion(y_pred, y)
    if t % 100 == 99:
        print(t, loss.item())

    # 변화도를 0으로 만들고, 역전파 단계를 수행하고, 가중치를 갱신합니다.
    optimizer.zero_grad()
    loss.backward()
    optimizer.step()

print(f'Result: {model.string()}')