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2Gv38_AutoLR/emonano.py DELETED
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1
- import torch
2
- from torch.optim import Optimizer
3
- import math
4
-
5
- """
6
- EmoNano v3.8.1 (260211) Moment-Free Edition
7
- shadow-system v3.1 -moment v3.1 emoPulse v3.8 emoVault v3.8
8
- これまでの emo系 のすべて、emo系 v3.7 を継承し独自更新式を持つ、完全オリジナル最適化器
9
- The “geometric relationship” between "W"eight and "G"radient Method
10
- 1次2次モーメント廃止、重みベクトルと勾配ベクトルの直交性(W-Ref Geometry)のみで更新
11
- emoVault:inertia(慣性)を自己組織化、完全モーメントフリーの幾何学的最適化アルゴリズム
12
- """
13
-
14
- class EmoNano(Optimizer):
15
- # クラス定義&初期化
16
- def __init__(self, params,
17
- lr=1.0,
18
- eps=1e-8,
19
- betas=(0.9, 0.99),
20
- weight_decay=0.01,
21
- use_shadow:bool=False):
22
- defaults = dict(lr=lr, betas=betas, eps=eps, weight_decay=weight_decay)
23
- super().__init__(params, defaults)
24
- self._init_lr = lr
25
- self.should_stop = False # 停止フラグの初期化
26
- self.use_shadow = use_shadow # 🔸shadow 使用フラグを保存
27
- self.emoScope = lr # 動的学習率の調和とリズム
28
- self.dNR_hist = 1.0 # emoPulse hist 初期化
29
- self.noise_est = 1.0 # emoPulse nest 初期化
30
- self.d_est = 0.02 # emoPulse dest 初期化
31
-
32
- # 感情EMA更新(緊張と安静)
33
- def _update_ema(self, state, loss_val):
34
- ema = state.setdefault('ema', {})
35
- ema['short'] = 0.3 * loss_val + 0.7 * ema.get('short', loss_val)
36
- ema['medium'] = 0.05 * loss_val + 0.95 * ema.get('medium', loss_val)
37
- ema['long'] = 0.01 * loss_val + 0.99 * ema.get('long', loss_val)
38
- return ema
39
-
40
- # 感情スカラー値生成(EMA差分、滑らかな非線形スカラー、tanh(diff) は ±1.0 で有界性)
41
- # 係数"1":ema差分 のスケール調整処理に活用(感度調節係数)/通常は1(タスクに応じ調整可(非推奨))
42
- # scale_base:Loss値とema値の乖離を修正(分母 ema(long) 「改善率」共通化/loss種に非依存)
43
- # 1e-5(デフォルト)/1e-6(感度向上)/1e-4(安定性向上):分母を0にせず安定させる
44
- # トラウマ的反応や慣れによる鈍化で安定性向上(ema-medium 安定と急変を信頼度で感知)
45
- def _compute_scalar(self, ema):
46
- scale_base_l = max(ema['long'], 1e-5)
47
- scale_base_m = max(ema['medium'], 1e-5)
48
- diff_base = ema['long'] - ema['short']
49
- diff_l = diff_base / scale_base_l
50
- diff_m = diff_base / scale_base_m
51
- # longが十分静かなら、常にlongを優先
52
- if abs(diff_l) < 0.05:
53
- return math.tanh(diff_l)
54
- # longが静かでない時のみ、mediumの静けさを条件付きで採用
55
- if abs(diff_m) * scale_base_m < abs(diff_l) * scale_base_l:
56
- return math.tanh(diff_m)
57
- else:
58
- return math.tanh(diff_l)
59
-
60
- # (重要)現在は shadow-effect を参考に得た動的フィルタ効果の近似により use_shadow=False です
61
- # しかし全機能は shadow なしで全て成立します/コード確認時はこの shadow を考慮外として無視してください
62
- # Shadow混合比 3段階構成 タスクに応じ調整可、以下を参考に 開始値・範囲量・変化幅を調整
63
- # return 開始値 + ((scalar) - 閾値) / 範囲量 * 変化幅 も可能(特殊用途向け)
64
- def _decide_ratio(self, scalar):
65
- if not self.use_shadow:
66
- return 0.0 # 🔸use_shadow = False のとき常に比率を 0 にする
67
- if abs(scalar) > 0.625:
68
- return 1.0 - abs(scalar) # 急変|強抑制|tanh 0.73(0.27)
69
- else:
70
- return 0.0 # return<0 の場合は leap 専用(書き戻しはしないが履歴更新のみ)
71
-
72
- # 損失取得(損失値 loss_val を数値化、感情判定に使用、存在しないパラメータ(更新不要)はスキップ)
73
- @torch.no_grad()
74
- def step(self, closure=None):
75
- loss = torch.enable_grad()(closure)() if closure is not None else None
76
- loss_val = loss.item() if loss is not None else 0.0
77
-
78
- # EMA更新・スカラー生成(EMA差分からスカラーを生成しスパイク比率等を決定)
79
- ema = self._update_ema(self.state, loss_val)
80
- scalar = self._compute_scalar(ema)
81
- ratio = self._decide_ratio(scalar)
82
- trust = math.copysign((1.0 - abs(scalar)), scalar)
83
-
84
- # --- Start emoPulse (完全自動LR生成) ---
85
- # emoPulse (loss 時系列から D / Noise を推定し完全自動LRを生成)
86
- # d / N 履歴 (時間的D推定)
87
- self.noise_est = 0.97 * self.noise_est + 0.03 * abs(scalar)
88
- self.d_est = 0.97 * self.d_est + 0.03 * abs(trust)
89
- noise = max(self.noise_est, 1e-10) # max:1e-12程度(変更後:要アーリーストップ見直し)
90
- d = self.d_est
91
- # scalar、trust、の差分(瞬間的D推定)と各時間軸の確度推定(疑念と信頼の綱引き)
92
- Noise_base = abs(scalar - trust) + 0.1
93
- d_base = abs(noise - d) + 0.1
94
- # SNRにより異なる時間的確度比率から更新力を導出し2乗で出力最大化
95
- dNR_now_val = (d_base / Noise_base) ** 2
96
- # db / Nb dNR(SNR) 履歴化と最大値の成長率の増減
97
- if dNR_now_val >= self.dNR_hist and trust >= 0.5:
98
- # 加速:どんなに SNR が高くても、1.50倍という「歩幅」の成長制限
99
- self.dNR_hist = min(dNR_now_val, self.dNR_hist * 1.50)
100
- elif -0.5 <= trust <= 0.5:
101
- # 減速:怪しい時は即座に比率を下げる(確実に信頼できない場合に下げ圧力を溜める)
102
- self.dNR_hist = dNR_now_val * 0.80
103
- # emoPulse 最終決定: emoScorp によるユーザー意思の反映と安全値による制限
104
- emoPulse = max(min(self.dNR_hist * (self.emoScope * 1e-4), 3e-3), 1e-6)
105
- # --- End emoPulse (完全自動LR生成) ---
106
-
107
- # --- Start W-ref-geo emoVault Logic ---
108
- # 初回だけデバイスをパラメータと同期させる
109
- if 'vault' not in self.state:
110
- device = self.param_groups[0]['params'][0].device
111
- self.state['vault'] = torch.zeros(1, device=device)
112
- self.state['global_rho'] = torch.tensor(0.5, device=device)
113
-
114
- # エネルギーの更新(瞬間の値で決定)
115
- beta2, _ = self.param_groups[0]['betas']
116
- reward = torch.cos(torch.pi * self.state['global_rho'])
117
- self.state['vault'] = self.state['vault'] * beta2 + reward * (1 - beta2)
118
- inertia = 1.0 + self.state['vault']
119
-
120
- # 今ステップのグローバル値を集計する変数を初期化(これらは単なるスカラ)
121
- dot_sum = torch.tensor(0.0, device=self.state['vault'].device)
122
- p_norm_sum = torch.tensor(0.0, device=self.state['vault'].device)
123
- g_norm_sum = torch.tensor(0.0, device=self.state['vault'].device)
124
- # --- End W-ref-geo emoVault Logic ---
125
-
126
- for group in self.param_groups:
127
- beta1, beta2 = group['betas']
128
- for p in (p for p in group['params'] if p.grad is not None):
129
-
130
- grad = p.grad
131
- state = self.state[p]
132
-
133
- p_norm = p.norm()
134
- g_norm = grad.norm()
135
- pdg = torch.sum(p * grad).abs()
136
-
137
- # 動的学習率補正により shadow 形成を信頼度で調整(trustは正値化(負にならない))
138
- # shadow:必要時のみ(スパイクp部分に現在値を最大10%追従させる動的履歴更新)
139
- # 混合比率:スカラーが閾値を超える場合にのみ計算される(信頼できる感情信号かどうかの選別)
140
- # 急変時は感情機構による shadow 混合で強く抑制する(急制動による安定性の確保)
141
- # 新 shadow-system は動的学習率と信頼度で協調し選択的スパース性も発揮する
142
- if self.use_shadow :
143
- if 'shadow' not in state: # 🔸shadow = False (デフォルト)
144
- state['shadow'] = p.clone()
145
- if ratio > 0: # 書き戻しと履歴更新(急変時の強い抑制と弱めの履歴更新)
146
- p.mul_(1-ratio).add_(state['shadow'], alpha=abs(trust))
147
- else: # 書き戻しせず履歴更新のみ:10%×trust
148
- leap_ratio = 0.1 * abs(trust)
149
- state['shadow'].lerp_(p, leap_ratio)
150
-
151
- # --- Start Gradient Update Logic ---
152
- # --- EmoNano (Pure W-Ref Geometry) ---
153
- # メモリ消費最小「直交方向への超感度」「スライス方式」で効率化
154
- # rho の算出:定義済みのノルム変数を使用 1e-8 分母で破綻を防ぐ
155
- rho = pdg / (p_norm * g_norm + 1e-8)
156
- freshness = 1.0 - rho
157
-
158
- # 全体の rho を算出する成分を、ここで「ついでに」足し合わせる
159
- # スライス積算:VRAMを圧迫せず、スカラ値を足していく
160
- dot_sum += pdg
161
- p_norm_sum += p_norm
162
- g_norm_sum += g_norm
163
-
164
- # 更新ベクトルの生成
165
- # sign(grad) で方向を決め、個別の freshness と 全体の inertia を乗算
166
- update_vec = torch.sign(grad) * (freshness * inertia)
167
-
168
- # 更新
169
- if group['weight_decay']:
170
- p.mul_(1.0 - group['weight_decay'] * emoPulse)
171
- p.add_(update_vec, alpha=-emoPulse)
172
- # --- End Gradient Update Logic ---
173
-
174
- # 「次のステップ」のための global_rho をスカラー計算で更新
175
- self.state['global_rho'] = dot_sum / (p_norm_sum * g_norm_sum + 1e-8)
176
-
177
- # ユーザー指定初期LRを実効値(emoPulse)で可視化する(PyTorch標準)
178
- for group in self.param_groups:
179
- group['lr'] = emoPulse
180
-
181
- # 感情機構の穏やかさ"安定状態"を外部伝達する(自動停止ではない)
182
- # Early Stop:瞬間値と33step分の履歴の差分で True にするだけ
183
- # 誤判定防止をしないのは点灯頻度で停止準備(予兆)にするため
184
- if abs(scalar) <= 5e-6 and abs(Noise_base - d_base) <= 5e-7:
185
- self.should_stop = True # 💡 外部からこれを見て判断可
186
- self.emoScope = 1.0 # ユーザー意思を目的の収束へ整える
187
- else:
188
- self.should_stop = False # 💡 誤判定などの取り消し
189
-
190
- return
191
-
192
- """
193
- https://github.com/muooon/EmoSens
194
- A new-generation geometric optimization algorithm pursuing nano.
195
- Taking decisive steps forward, Weight-Reference Optimizer.
196
- """