【深度学习】梯度累加和直接用大的batchsize有什么区别

梯度累加与使用较大的batchsize有类似的效果，但是也有区别

1.内存和计算资源要求

1. 梯度累加： 通过在多个小的mini-batch上分别计算梯度并累积，梯度累积不需要一次加载所有数据，因此显著减少了内存需求。这对于显存有限的设别尤为重要，因为直接使用较大的batchsize可能会导致内存溢出
2. 大的batchsize： 直接使用较大的batchsize会同时将所有的数据加载到内存中，内存占用率显著提升

2. 参数更新频率

1. 梯度累加： 虽然累加 N 个 mini-batch 才更新一次参数，但每个 mini-batch 的梯度都计算一次，因此更新频率相对较低。不过，这不会显著影响模型的效果，因为总的参数更新步数并未减少。
2. 大 batchsize： 一次计算出全部数据的梯度，并立即更新参数。因此更新频率更高，但效果与累积更新基本一致

3. 结果相似度

理论上等效：梯度累加和直接使用大的 batch size 在数学上是等效的，最终效果类似。

4. 使用场景

梯度累加： 适合在内存受限情况下模拟大 batch 效果，或在分布式训练场景中应用
直接大 batchsize： 适合有充足内存的硬件设备，但灵活性不及梯度累加

5. 代码示例

# 梯度累加
accumulation_steps = 4
optimizer.zero_grad()
for i, (inputs, labels) in enumerate(data_loader):
    outputs = model(inputs)
    loss = loss_fn(outputs, labels)
    loss.backward()

    if (i + 1) % accumulation_steps == 0:
        optimizer.step()
        optimizer.zero_grad()

# 大的batchsize
data_loader = DataLoader(dataset, batch_size=256) # 假设 256 是较大的 batch size
for inputs, labels in data_loader:
    optimizer.zero_grad()
    outputs = model(inputs)
    loss = loss_fn(outputs, labels)
    loss.backward()
    optimizer.step()