Vanishing Gradient in Autoecnoder

I am trying to train a convolutional autoencoder to classify signals based on their shapes. My dataset consist of sinusoidal signals which have two different frequencies but their phases are randomized and my goal is to classify them based on the two periods. The autoencoder is based on someone else’s code who worked on the similar project. The network model is the following:

`def warn(*args, **kwargs):
pass

import warnings
warnings.warn = warn

import pandas as pd, numpy as np
import os, matplotlib.pyplot as plt
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader, TensorDataset

import torch
import torch.nn as nn

class Autoencoder(nn.Module):
def init(self, input_size, embedding):
super(Autoencoder, self).init()
self.input_size = input_size
self.embedding = embedding

    """
    Encoder Layers
    """
    self.conv1_enc = nn.Conv1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 9, stride = 1, padding = 'same')
    self.conv2_enc = nn.Conv1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 9, stride = 1, padding = 'same')
    self.conv3_enc = nn.Conv1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 5, stride = 1, padding = 'same')
    self.conv4_enc = nn.Conv1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 3, stride = 1, padding = 'same')
    self.conv5_enc = nn.Conv1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 3, stride = 1, padding = 'same')

    self.pool1_enc = nn.MaxPool1d(kernel_size = 2, stride = 2, padding = 0)
    self.pool2_enc = nn.MaxPool1d(kernel_size = 2, stride = 2, padding = 0)
    self.pool3_enc = nn.MaxPool1d(kernel_size = 2, stride = 2, padding = 0)
    self.pool4_enc = nn.MaxPool1d(kernel_size = 2, stride = 2, padding = 0)

    #self.dense1_enc = nn.Linear(int(self.input_size / 16), embedding)
    self.dense1_enc = nn.Linear(int(self.input_size / 16), int(self.input_size / 16))

    self.norm1_enc = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm2_enc = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm3_enc = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm4_enc = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm5_enc = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm6_enc = nn.BatchNorm1d(16)

    self.relu = nn.ReLU()

    """
    Decoder Layers
    """

    self.conv1_dec = nn.ConvTranspose1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 3, stride = 1, padding = 1)
    self.conv2_dec = nn.ConvTranspose1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 3, stride = 1, padding = 1)
    self.conv3_dec = nn.ConvTranspose1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 5, stride = 1, padding = 2)
    self.conv4_dec = nn.ConvTranspose1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 9, stride = 1, padding = 4)
    self.conv5_dec = nn.ConvTranspose1d(in_channels = 1, out_channels = 1, kernel_size = 9, stride = 1, padding = 4)

    self.up1_dec = nn.Upsample(size = int(self.input_size / 8), mode = "nearest")
    self.up2_dec = nn.Upsample(size = int(self.input_size / 4), mode = "nearest")
    self.up3_dec = nn.Upsample(size = int(self.input_size / 2), mode = "nearest")
    self.up4_dec = nn.Upsample(size = int(self.input_size), mode = "nearest")

    #self.dense1_dec = nn.Linear(embedding, int(self.input_size / 16))
    self.dense1_dec = nn.Linear(int(self.input_size / 16), int(self.input_size / 16))


    self.norm1_dec = nn.BatchNorm1d(16)
    self.norm2_dec = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm3_dec = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm4_dec = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm5_dec = nn.BatchNorm1d(1)
    self.norm6_dec = nn.BatchNorm1d(1)

    self.sigmoid = nn.Sigmoid()
    #self.softmax = nn.softmax()

def forward(self, activation):
    #print('shape0: ', activation.size())
    encoded = self.conv1_enc(activation)
    encoded = self.norm1_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.conv2_enc(encoded)
    encoded = self.norm2_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool1_enc(encoded)

    encoded = self.conv3_enc(encoded)
    encoded = self.norm3_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool2_enc(encoded)

    encoded = self.conv4_enc(encoded)
    encoded = self.norm4_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool3_enc(encoded)

    encoded = self.conv5_enc(encoded)
    encoded = self.norm5_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool4_enc(encoded)

    self.orig_shape = encoded.size()

    encoded = self.flatten(encoded)
    embedding = self.dense1_enc(encoded)
    embedding = self.norm6_enc(embedding)
    embedding = self.relu(embedding)

    decoded = self.dense1_dec(embedding)
    decoded = self.norm1_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)
    decoded = self.unflatten(decoded)

    decoded = self.up1_dec(decoded)

    decoded = self.conv1_dec(decoded)
    decoded = self.norm2_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)

    decoded = self.conv2_dec(decoded)
    decoded = self.norm3_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)

    decoded = self.up2_dec(decoded)

    decoded = self.conv3_dec(decoded)
    decoded = self.norm4_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)

    decoded = self.up3_dec(decoded)

    decoded = self.conv4_dec(decoded)
    decoded = self.norm5_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)

    decoded = self.up4_dec(decoded)

    decoded = self.conv5_dec(decoded)
    decoded = self.norm6_dec(decoded)
    decoded = self.relu(decoded)

    decoded = self.sigmoid(decoded)
    #decoded = self.softmax()

    return decoded

def get_embedding(self, activation):
    encoded = self.conv1_enc(activation)
    encoded = self.norm1_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.conv2_enc(encoded)
    encoded = self.norm2_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool1_enc(encoded)

    encoded = self.conv3_enc(encoded)
    encoded = self.norm3_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool2_enc(encoded)

    encoded = self.conv4_enc(encoded)
    encoded = self.norm4_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool3_enc(encoded)

    encoded = self.conv5_enc(encoded)
    encoded = self.norm5_enc(encoded)
    encoded = self.relu(encoded)

    encoded = self.pool4_enc(encoded)

    encoded = self.flatten(encoded)
    embedding = self.dense1_enc(encoded)
    embedding = self.norm6_enc(embedding)
    embedding = self.relu(embedding)

    return embedding


def flatten(self, x):
    x = x.view(x.size(0), -1)
    return x


def unflatten(self, x):
    x = x.view(self.orig_shape)
    return x`

My training loop is as follows:
`
class train:
def init(self, tensor, model_name, batch_size = 128):
“””
A tensor instance should already be created
and initialized.
“””
self.tensor = tensor
self.data_tensor = tensor.get_data_tensor()
self.label_tensor = tensor.get_label_tensor()
self.dataloader(batch_size = batch_size)
self.model_name = model_name

def dataloader(self, batch_size):
    self.batch_size = batch_size
    dataset = TensorDataset(self.data_tensor, self.label_tensor)
    self.dataloader = DataLoader(dataset, batch_size = self.batch_size, shuffle = True)


def train_network(self, embedding = 16, num_epochs = 50, lr = 1e-4):
    torch.manual_seed(42) #for reproducability
    self.embedding = embedding
    input_size = self.tensor.get_input_size()

    self.autoencoder = Autoencoder(input_size, embedding)
    """
    print('printing the intial bias for each layers: ')
    print('conv1_enc bias: ', self.autoencoder.conv1_enc.bias)
    print('norm1_enc bias: ', self.autoencoder.norm1_enc.bias)
    print('conv1_dec bias: ', self.autoencoder.conv1_dec.bias)
    print('norm1_dec bias: ', self.autoencoder.norm1_dec.bias)
    """
    #self.autoencoder = Autoencoder(input_size, embedding)
    #Applying custom weight intialization due to
    #vanishing gradient problem
    self.initialize_wb(self.autoencoder)
    #self.autoencoder = Autoencoder(input_size, embedding)
    criterion = nn.MSELoss()
    #criterion = nn.BCELoss()
    optimizer = optim.AdamW(self.autoencoder.parameters(), lr = lr)
    """
    Setting up wandb to log the
    paramters, gradient, and loss
    """
    wandb.init(project = "debug_dwarfLearning", name = self.model_name + "run")
    cfg = wandb.config
    cfg.update({"epochs" : num_epochs, "lr" : lr, "batch_size" : self.batch_size})
      wandb.watch(self.autoencoder, log_freq = 1, log='all')
    """
    log frequency refers to after how many steps
    those parameters and graidents will be logged.
    If we are using small dataset, log frequency must
    be small, and the opposite for large dataset.
    """

    for epoch in range(num_epochs):
        for data in self.dataloader:
            #forward pass
            inputs, _ = data
            outputs = self.autoencoder(inputs)
            loss = criterion(outputs, inputs)

            #backward pass
            optimizer.zero_grad()
            loss.backward()
            optimizer.step()

        # Loss for each epoch
        #print(f'Epoch [{epoch + 1}/{num_epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')
        wandb.log({"loss" : loss})
        print('conv1_enc bias: ', self.autoencoder.conv1_enc.bias.data)
        print('norm1_enc bias: ', self.autoencoder.norm1_enc.bias.data)

    wandb.finish()

`
When I am trying to train this network, the loss goes down very fast in the beginning and then stops changing. I also used wandb to plot the gradients and parameters and turned out gradient for weight and biases for quite a few convolutional layer and BatchNorm layers are zero.
enter image description here

Could anyone give me some suggestions about why this might happen? It would be great if I receive some code specific answer, but general suggestions or link to some resource that I can read and try to debug are also appreciated. Also, please let me know if anyone needs more information. Thank you in advance!

I tried varying the learning rate, using different weight initialization scheme like Xavier initialization, tried printing out the bias and weight for the layers I am concerned about. It seems like the biases for some convolutional layer doesn’t change, and bias and weight for some BatchNorm layers doesn’t change.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật