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JAX中实现类似PyTorch scatter_add的全局求和池化操作

碧海醫心

碧海醫心

发布时间:2026-01-09 19:39:09

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来源于php中文网

原创

JAX中实现类似PyTorch scatter_add的全局求和池化操作

本文介绍如何在jax中高效实现图学习中的全局求和池化(global sum pooling),即按batch索引对节点特征张量进行分组求和,避免动态循环导致的tracerboolconversionerror。

在图神经网络(GNN)训练中,常需将一批图结构数据(如节点嵌入)按所属图(batch)聚合为图级表示,典型操作是按batch索引执行行级求和——这正是PyTorch中 torch.scatter_add(dim=0, src=x, index=batch, reduce='sum') 的功能。但在JAX中,直接使用Python while 循环或条件判断(如 if i == n)会触发 TracerBoolConversionError,因为JAX的JIT编译器无法在追踪阶段确定动态控制流的分支边界。

正确做法是利用JAX原生的向量化聚集原语,而非手动循环。推荐使用 jnp.ndarray.at 接口,它底层调用 jax.lax.scatter,支持高效、可微、可JIT编译的索引更新操作:

import jax.numpy as jnp

def global_sum_pool(x: jnp.ndarray, batch: jnp.ndarray) -> jnp.ndarray:
    """
    对节点特征 x (n, d) 按 batch 索引 (n,) 执行全局求和池化,返回图级表示 (num_batches, d)

    Args:
        x: 节点特征矩阵,shape = (n, d)
        batch: batch索引向量,shape = (n,), 值域为 [0, num_batches - 1]

    Returns:
        graph_reps: 每个图的求和表示,shape = (num_batches, d)
    """
    num_batches = jnp.max(batch) + 1  # 注意:batch索引从0开始,故+1
    out = jnp.zeros((num_batches, x.shape[1]))
    return out.at[batch].add(x)

关键优势

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AutoIt v3 版本, 这是一个使用类似 BASIC 脚本语言的免费软件, 它设计用于 Windows GUI(图形用户界面)中进行自动化操作. 利用模拟键盘按键, 鼠标移动和窗口/控件的组合来实现自动化任务. 而这是其它语言不可能做到或无可靠方法实现的(比如VBScript和SendKeys). AutoIt 非常小巧, 完全运行在所有windows操作系统上.(thesnow注:现在已经不再支持win 9x,微软连XP都能放弃, 何况一个win 9x支持), 并且不需要任何运行库. AutoIt

下载
  • 完全静态形状推导:num_batches 虽由 jnp.max() 计算,但结果是标量 tracer,out.at[batch].add(x) 是纯函数式聚集,无需运行时分支判断;
  • 自动向量化与并行化:JAX将 at[batch].add() 编译为底层scatter-add指令,支持GPU/TPU加速;
  • 端到端可微:梯度可正确反传至 x 和 batch(若 batch 可微,通常为整数索引,梯度仅作用于 x);
  • 兼容 jit、vmap、grad:可无缝集成进任意JAX高阶变换流水线。

⚠️ 注意事项

  • batch 必须为整数数组(jnp.int32 或 jnp.int64),且所有值应在 [0, num_batches) 范围内,越界索引将被静默忽略(可加 jnp.clip 防御);
  • 若 batch 中存在空组(某batch ID无对应节点),结果中该行保持为零向量,符合语义预期;
  • 不要使用 jnp.where + 循环模拟——既低效又不可编译;at.add() 是JAX官方推荐的标准解法。

综上,x.at[batch].add(x) 是JAX生态中替代PyTorch scatter_add(..., reduce='sum') 的最简洁、最高效、最符合函数式范式的实现方式,应作为图学习任务中全局池化的默认选择。

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