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torchdyn

PyTorch数值深度学习库,支持微分方程和数值方法

Torchdyn是一个专注于数值深度学习的PyTorch库,涵盖微分方程、积分变换和数值方法。它提供便捷的工具和层,用于构建神经微分方程和复合模型,并支持GPU加速和多种数值方法。该库与PyTorch和pytorch-lightning高度集成,使得用户能够快速上手,推进研究和应用。


Torchdyn是一个专注于数值深度学习的PyTorch库:微分方程、积分变换、数值方法。由DiffEqML维护。

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快速开始

Torchdyn提供了实用工具和层,可以轻松构建数值深度学习模型。例如,神经微分方程:

from torchdyn.core import NeuralODE

# 在这里使用你偏好的torch.nn.Module 
f = nn.Sequential(nn.Conv2d(1, 32, 3),
                  nn.Softplus(),
                  nn.Conv2d(32, 1, 3)
          )

nde = NeuralODE(f)

这样你就有了一个可训练的模型。你可以随意将Torchdyn类与任何PyTorch模块结合,构建复合模型。我们还提供额外的工具来构建自定义神经微分方程和隐式模型,包括数值方法的函数式API。Torchdyn不仅仅包含NeuralODENeuralSDE类:还有教程、各种GPU兼容数值方法的函数式API以及基准测试。

欢迎为库贡献你的基准测试、任务和数值深度学习工具!无需重复造轮子 :)

安装

稳定版本:

pip install torchdyn

或者,你可以按照"贡献"中概述的步骤,使用poetry为torchdyn构建虚拟开发环境。

文档

查看我们的文档以获取更多信息。

简介

近期的一些研究[1,2, 3, 4]重新激发了人们对微分方程、深度学习和动力系统融合的兴趣。现代深度学习框架如PyTorch,加上计算资源的进一步改进,使得神经网络的连续版本(可追溯到80年代的提议[5])终于得以实现,为经典机器学习问题提供了新的视角。

我们探索了可微分编程如何释放深度学习的效力,以加速科学领域的进展,包括控制、流体动力学以及复杂动力系统的预测。相反,我们专注于由数值方法和信号处理驱动的模型,以推进人工智能在视觉或自然语言等经典领域的发展。

通过提供集中、易于访问的模型模板集合、教程和应用笔记本,我们希望加速这一领域的研究,并最终将神经微分方程和隐式模型确立为控制、系统识别和一般机器学习任务的有效工具。

依赖

torchdyn利用现代PyTorch最佳实践,并使用pytorch-lightning [6]处理训练。我们使用dgl [7]的图神经网络(GNNs) API构建图神经ODE。完整的参考列表,请查看pyproject.toml。我们提供了完整的ODE求解器和敏感性方法套件,扩展了torchdiffeq [1]提供的功能。我们对torchsde [7]和torchcde [8]有轻度依赖。

应用和教程

torchdyn包含各种为实践者和研究人员设计的自包含快速入门示例/教程。参考教程readme

贡献

torchdyn旨在成为一个社区努力:我们欢迎所有与连续和隐式深度学习相关的教程、模型变体、数值方法和应用的贡献。我们没有特定的风格要求,但我们认同Jeremy Howard的许多想法

我们使用poetry来管理需求、创建虚拟Python环境和打包。要安装poetry,请参阅文档。 要设置开发环境,运行poetry install。例如,poetry run pytest将在你新创建的环境中运行所有torchdyn测试。

poetry目前不提供根据所需的cudaOS选择torch轮子的方法,它会安装一个不支持GPU的版本。对于CUDA torch轮子, 运行poetry run poe autoinstall-torch-cuda,它将根据你的CUDA配置自动安装 PyTorch。

如果你希望在新创建的poetry环境中运行jupyter笔记本,使用poetry run ipython kernel install --user --name=torchdyn并切换笔记本内核。

**选择工作内容:**总是有正在进行的工作涉及新功能、测试和教程。如果你希望开发当前未在进行中的其他功能,请随时通过Slack或电子邮件联系我们。我们很乐意讨论细节。

引用我们

如果你发现Torchdyn对你的研究或应用项目有价值:

@article{politorchdyn,
  title={TorchDyn: Implicit Models and Neural Numerical Methods in PyTorch},
  author={Poli, Michael and Massaroli, Stefano and Yamashita, Atsushi and Asama, Hajime and Park, Jinkyoo and Ermon, Stefano}
}

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