.. _cn_api_paddle_optimizer_RMSProp:

RMSProp
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.. py:class:: paddle.optimizer.RMSProp(learning_rate, rho=0.95, epsilon=1e-06, momentum=0.0, centered=False, parameters=None, weight_decay=None, grad_clip=None, name=None)




该接口实现均方根传播（RMSProp）法，是一种未发表的,自适应学习率的方法。原演示幻灯片中提出了RMSProp：[http://www.cs.toronto.edu/~tijmen/csc321/slides/lecture_slides_lec6.pdf]中的第29张。等式如下所示：

.. math::
    r(w, t) & = \rho r(w, t-1) + (1 - \rho)(\nabla Q_{i}(w))^2\\
    w & = w - \frac{\eta} {\sqrt{r(w,t) + \epsilon}} \nabla Q_{i}(w)
    
第一个等式计算每个权重平方梯度的移动平均值，然后将梯度除以 :math:`sqrtv（w，t）` 。
  
.. math::
   r(w, t) & = \rho r(w, t-1) + (1 - \rho)(\nabla Q_{i}(w))^2\\
   v(w, t) & = \beta v(w, t-1) +\frac{\eta} {\sqrt{r(w,t) +\epsilon}} \nabla Q_{i}(w)\\
         w & = w - v(w, t)

如果居中为真：
  
.. math::
      r(w, t) & = \rho r(w, t-1) + (1 - \rho)(\nabla Q_{i}(w))^2\\
      g(w, t) & = \rho g(w, t-1) + (1 -\rho)\nabla Q_{i}(w)\\
      v(w, t) & = \beta v(w, t-1) + \frac{\eta} {\sqrt{r(w,t) - (g(w, t))^2 +\epsilon}} \nabla Q_{i}(w)\\
            w & = w - v(w, t)
      
其中， :math:`ρ` 是超参数，典型值为0.9,0.95等。 :math:`beta` 是动量术语。  :math:`epsilon` 是一个平滑项，用于避免除零，通常设置在1e-4到1e-8的范围内。
      
参数：
    - **learning_rate** （float） - 全局学习率。
    - **rho** （float，可选） - rho是等式中的 :math:`rho` ，默认值0.95。
    - **epsilon** （float，可选） - 等式中的epsilon是平滑项，避免被零除，默认值1e-6。
    - **momentum** （float，可选） - 方程中的β是动量项，默认值0.0。
    - **centered** （bool，可选） - 如果为True，则通过梯度的估计方差,对梯度进行归一化；如果False，则由未centered的第二个moment归一化。将此设置为True有助于模型训练，但会消耗额外计算和内存资源。默认为False。
    - **parameters** (list, 可选) - 指定优化器需要优化的参数。在动态图模式下必须提供该参数；在静态图模式下默认值为None，这时所有的参数都将被优化。
    - **weight_decay** (float|WeightDecayRegularizer，可选) - 正则化方法。可以是float类型的L2正则化系数或者正则化策略: :ref:`cn_api_fluid_regularizer_L1Decay` 、 
      :ref:`cn_api_fluid_regularizer_L2Decay` 。如果一个参数已经在 :ref:`cn_api_fluid_ParamAttr` 中设置了正则化，这里的正则化设置将被忽略；
      如果没有在 :ref:`cn_api_fluid_ParamAttr` 中设置正则化，这里的设置才会生效。默认值为None，表示没有正则化。
    - **grad_clip** (GradientClipBase, 可选) – 梯度裁剪的策略，支持三种裁剪策略： :ref:`cn_api_fluid_clip_GradientClipByGlobalNorm` 、 :ref:`cn_api_fluid_clip_GradientClipByNorm` 、 :ref:`cn_api_fluid_clip_GradientClipByValue` 。
      默认值为None，此时将不进行梯度裁剪。
    - **name** (str, 可选) - 可选的名称前缀，一般无需设置，默认值为None。
    
抛出异常:
    - ``ValueError`` -如果 ``learning_rate`` ， ``rho`` ， ``epsilon`` ， ``momentum`` 为None。

**示例代码**

.. code-block:: python

    import paddle
    import numpy as np

    paddle.disable_static()
    inp = np.random.uniform(-0.1, 0.1, [10, 10]).astype("float32")
    linear = paddle.nn.Linear(10, 10)
    inp = paddle.to_tensor(inp)
    out = linear(inp)
    loss = paddle.mean(out)

    beta1 = paddle.to_tensor([0.9], dtype="float32")
    beta2 = paddle.to_tensor([0.99], dtype="float32")

    adam = paddle.optimizer.RMSProp(learning_rate=0.1,
            parameters=linear.parameters(),
            weight_decay=0.01)
    out.backward()
    adam.step()
    adam.clear_grad()

.. py:method:: step()

**注意：**

  **1. 该API只在** `Dygraph <../../user_guides/howto/dygraph/DyGraph.html>`_ **模式下生效**

执行一次优化器并进行参数更新。

返回：None。


**代码示例**

.. code-block:: python

    import paddle
    import numpy as np
    paddle.disable_static()
    value = np.arange(26).reshape(2, 13).astype("float32")
    a = paddle.to_tensor(value)
    linear = paddle.nn.Linear(13, 5)
    adam = paddle.optimizer.RMSProp(learning_rate = 0.01,
                                parameters = linear.parameters())
    out = linear(a)
    out.backward()
    adam.step()
    adam.clear_grad()

.. py:method:: minimize(loss, startup_program=None, parameters=None, no_grad_set=None)

为网络添加反向计算过程，并根据反向计算所得的梯度，更新parameters中的Parameters，最小化网络损失值loss。

参数：
    - **loss** (Tensor) – 需要最小化的损失值变量
    - **startup_program** (Program, 可选) – 用于初始化parameters中参数的 :ref:`cn_api_fluid_Program` , 默认值为None，此时将使用 :ref:`cn_api_fluid_default_startup_program` 
    - **parameters** (list, 可选) – 待更新的Parameter或者Parameter.name组成的列表， 默认值为None，此时将更新所有的Parameter
    - **no_grad_set** (set, 可选) – 不需要更新的Parameter或者Parameter.name组成的集合，默认值为None
        
返回: tuple(optimize_ops, params_grads)，其中optimize_ops为参数优化OP列表；param_grads为由(param, param_grad)组成的列表，其中param和param_grad分别为参数和参数的梯度。在静态图模式下，该返回值可以加入到 ``Executor.run()`` 接口的 ``fetch_list`` 参数中，若加入，则会重写 ``use_prune`` 参数为True，并根据 ``feed`` 和 ``fetch_list`` 进行剪枝，详见 ``Executor`` 的文档。


**示例代码**

.. code-block:: python

    import paddle
    import numpy as np

    paddle.disable_static()
    inp = np.random.uniform(-0.1, 0.1, [10, 10]).astype("float32")
    linear = paddle.nn.Linear(10, 10)
    inp = paddle.to_tensor(inp)
    out = linear(inp)
    loss = paddle.mean(out)

    beta1 = paddle.to_tensor([0.9], dtype="float32")
    beta2 = paddle.to_tensor([0.99], dtype="float32")

    adam = paddle.optimizer.RMSProp(learning_rate=0.1,
            parameters=linear.parameters(),
            weight_decay=0.01)
    out.backward()
    adam.minimize(loss)
    adam.clear_grad()

.. py:method:: clear_gradients()

**注意：**

  **1. 该API只在** `Dygraph <../../user_guides/howto/dygraph/DyGraph.html>`_ **模式下生效**


清除需要优化的参数的梯度。

**代码示例**

.. code-block:: python

    import paddle
    import numpy as np

    paddle.disable_static()
    value = np.arange(26).reshape(2, 13).astype("float32")
    a = paddle.to_tensor(value)
    linear = paddle.nn.Linear(13, 5)
    optimizer = paddle.optimizer.RMSProp(learning_rate=0.02,
                                     parameters=linear.parameters())
    out = linear(a)
    out.backward()
    optimizer.step()
    optimizer.clear_gradients()

.. py:method:: set_lr(value)

**注意：**

  **1. 该API只在** `Dygraph <../../user_guides/howto/dygraph/DyGraph.html>`_ **模式下生效**  

手动设置当前 ``optimizer`` 的学习率。当使用_LRScheduler时，无法使用该API手动设置学习率，因为这将导致冲突。

参数：
    value (float) - 需要设置的学习率的值。

返回：None

**代码示例**

.. code-block:: python


    import paddle
    paddle.disable_static()
    linear = paddle.nn.Linear(10, 10)

    adam = paddle.optimizer.RMSProp(0.1, parameters=linear.parameters())

    # set learning rate manually by python float value
    lr_list = [0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6]
    for i in range(5):
        adam.set_lr(lr_list[i])
        lr = adam.get_lr()
        print("current lr is {}".format(lr))
    # Print:
    #    current lr is 0.2
    #    current lr is 0.3
    #    current lr is 0.4
    #    current lr is 0.5
    #    current lr is 0.6

.. py:method:: get_lr()

**注意：**

  **1. 该API只在** `Dygraph <../../user_guides/howto/dygraph/DyGraph.html>`_ **模式下生效**

获取当前步骤的学习率。当不使用_LRScheduler时，每次调用的返回值都相同，否则返回当前步骤的学习率。

返回：float，当前步骤的学习率。


**代码示例**

.. code-block:: python

    import numpy as np
    import paddle
    # example1: _LRScheduler is not used, return value is all the same
    paddle.disable_static()
    emb = paddle.nn.Embedding(10, 10, sparse=False)
    adam = paddle.optimizer.RMSProp(0.001, parameters = emb.parameters())
    lr = adam.get_lr()
    print(lr) # 0.001

    # example2: PiecewiseDecay is used, return the step learning rate
    paddle.disable_static()
    inp = np.random.uniform(-0.1, 0.1, [10, 10]).astype("float32")
    linear = paddle.nn.Linear(10, 10)
    inp = paddle.to_tensor(inp)
    out = linear(inp)
    loss = paddle.reduce_mean(out)

    bd = [2, 4, 6, 8]
    value = [0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0]
    scheduler = paddle.optimizer.PiecewiseLR(bd, value, 0)
    adam = paddle.optimizer.RMSProp(scheduler,
                           parameters=linear.parameters())

    # first step: learning rate is 0.2
    np.allclose(adam.get_lr(), 0.2, rtol=1e-06, atol=0.0) # True

    # learning rate for different steps
    ret = [0.2, 0.2, 0.4, 0.4, 0.6, 0.6, 0.8, 0.8, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
    for i in range(12):
        adam.step()
        lr = adam.get_lr()
        scheduler.step()
        np.allclose(lr, ret[i], rtol=1e-06, atol=0.0) # True
