深度學習之caffe
Caffe是一個清晰而高效的深度學習框架,其作者是博士畢業於UC Berkeley的 賈揚清,目前在Google工作。
Caffe是純粹的C++/CUDA架構,支援命令列、Python和MATLAB介面;可以在CPU和GPU直接無縫切換:
Caffe::set_mode(Caffe::GPU);
Caffe的優勢
- 上手快:模型與相應優化都是以文字形式而非程式碼形式給出。
Caffe給出了模型的定義、最優化設定以及預訓練的權重,方便立即上手。 - 速度快:能夠執行最棒的模型與海量的資料。
Caffe與cuDNN結合使用,測試AlexNet模型,在K40上處理每張圖片只需要1.17ms. - 模組化:方便擴充套件到新的任務和設定上。
可以使用Caffe提供的各層型別來定義自己的模型。 - 開放性:公開的程式碼和參考模型用於再現。
- 社群好:可以通過BSD-2參與開發與討論。
Caffe的網路定義
Caffe中的網路都是有向無環圖的集合,可以直接定義:
name: "dummy-net" layers {<span><span>name: <span>"data" …</span></span></span>} layers {<span><span>name: <span>"conv" …</span></span></span>} layers {<span><span>name: <span>"pool" …</span></span></span>} layers {<span><span>name: <span>"loss" …</span></span></span>}
資料及其導數以blobs的形式在層間流動。
Caffe的各層定義
Caffe層的定義由2部分組成:層屬性與層引數,例如name:"conv1" type:CONVOLUTION bottom:"data" top:"conv1" convolution_param{ num_output:<span>20 kernel_size:5 stride:1 weight_filler{ type: "<span style="color: #c0504d;">xavier</span>" } }這段配置檔案的前4行是層屬性,定義了層名稱、層型別以及層連線結構(輸入blob和輸出blob);而後半部分是各種層引數。
Blob
Blob是用以儲存資料的4維陣列,例如
- 對於資料:Number*Channel*Height*Width
- 對於卷積權重:Output*Input*Height*Width
- 對於卷積偏置:Output*1*1*1
訓練網路
網路引數的定義也非常方便,可以隨意設定相應引數。
甚至呼叫GPU運算只需要寫一句話:
solver_mode:GPU
Caffe的安裝與配置
Caffe需要預先安裝一些依賴項,首先是CUDA驅動。不論是CentOS還是Ubuntu都預裝了開源的nouveau顯示卡驅動(SUSE沒有這種問題),如果不禁用,則CUDA驅動不能正確安裝。以Ubuntu為例,介紹一下這裡的處理方法,當然也有其他處理方法。
生成mnist-train-leveldb/ 和 mnist-test-leveldb/,把資料轉化成leveldb格式:
訓練網路:
# sudo vi/etc/modprobe.d/blacklist.conf # 增加一行 :blacklist nouveau sudoapt-get --purge remove xserver-xorg-video-nouveau #把官方驅動徹底解除安裝: sudoapt-get --purge remove nvidia-* #清除之前安裝的任何NVIDIA驅動 sudo service lightdm stop #進命令列,關閉Xserver sudo kill all Xorg
安裝了CUDA之後,依次按照Caffe官網安裝指南安裝BLAS、OpenCV、Boost即可。
Caffe跑跑MNIST試試
在Caffe安裝目錄之下,首先獲得MNIST資料集:
cd data/mnist sh get_mnist.sh
生成mnist-train-leveldb/ 和 mnist-test-leveldb/,把資料轉化成leveldb格式:
cd examples/lenet sh create_mnist.sh
訓練網路:
sh train_lenet.sh
讓Caffe生成的資料集能在Theano上直接執行
不論使用何種框架進行CNNs訓練,共有3種資料集:
- Training Set:用於訓練網路
- Validation Set:用於訓練時測試網路準確率
- Test Set:用於測試網路訓練完成後的最終正確率
Caffe生成的資料分為2種格式:Lmdb和Leveldb
- 它們都是鍵/值對(Key/Value Pair)嵌入式資料庫管理系統程式設計庫。
- 雖然lmdb的記憶體消耗是leveldb的1.1倍,但是lmdb的速度比leveldb快10%至15%,更重要的是lmdb允許多種訓練模型同時讀取同一組資料集。
- 因此lmdb取代了leveldb成為Caffe預設的資料集生成格式。
Google Protocol Buffer的安裝
./configure $ make $ make check $ make install pip installprotobuf
新增動態連結庫
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH
Lmdb的安裝
pip install lmdb
要parse(解析)一個protobuf型別資料,首先要告訴計算機你這個protobuf資料內部是什麼格式(有哪些項,這些項各是什 麼資料型別的決定了佔用多少位元組,這些項可否重複,重複幾次),安裝protobuf這個module就可以用protobuf專用的語法來定義這些格式 (這個是.proto檔案)了,然後用protoc來編譯這個.proto檔案就可以生成你需要的目標檔案。
想要定義自己的.proto檔案請閱讀:
https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/proto?hl=zh-cn
編譯.proto檔案
protoc--proto_path=IMPORT_PATH --cpp_out=DST_DIR --java_out=DST_DIR--python_out=DST_DIR path/to/file.proto
--proto_path 也可以簡寫成-I 是.proto所在的路徑 輸出路徑: --cpp_out 要生成C++可用的標頭檔案,分別是***.pb.h(包含申明類)***.pb.cc(包含可執行類),使用的時候只要include “***.pb.h” --java_out 生成java可用的標頭檔案 --python_out 生成python可用的標頭檔案,**_pb2.py,使用的時候import**_pb2.py即可 最後一個引數就是你的.proto檔案完整路徑。
Caffe (CNN, deep learning) 介紹
Caffe -----------Convolution Architecture For Feature Embedding (Extraction)
- Caffe 是什麼東東?
- CNN (Deep Learning) 工具箱
- C++ 語言架構
- CPU 和GPU 無縫交換
- Python 和matlab的封裝
- 但是,Decaf只是CPU 版本。
-
為什麼要用Caffe?
- 運算速度快。簡單 友好的架構 用到的一些庫:
- Google Logging library (Glog): 一個C++語言的應用級日誌記錄框架,提供了C++風格的流操作和各種助手巨集.
- lebeldb(資料儲存): 是一個google實現的非常高效的kv資料庫,單程序操作。
- CBLAS library(CPU版本的矩陣操作)
- CUBLAS library (GPU 版本的矩陣操作)
-
Caffe 架構
- 預處理影象的leveldb構建
輸入:一批影象和label (2和3)
輸出:leveldb (4)
指令裡包含如下資訊:- conver_imageset (構建leveldb的可執行程式)
- train/ (此目錄放處理的jpg或者其他格式的影象)
- label.txt (影象檔名及其label資訊)
- 輸出的leveldb資料夾的名字
- CPU/GPU (指定是在cpu上還是在gpu上執行code)
-
CNN網路配置檔案
- Imagenet_solver.prototxt (包含全域性引數的配置的檔案)
- Imagenet.prototxt (包含訓練網路的配置的檔案)
- Imagenet_val.prototxt (包含測試網路的配置檔案)
Caffe深度學習之影象分類模型AlexNet解讀
在imagenet上的影象分類challenge上Alex提出的alexnet網路結構模型贏得了2012屆的冠軍。要研究CNN型別DL網路模型在影象分類上的應用,就逃不開研究alexnet,這是CNN在影象分類上的經典模型(DL火起來之後)。
在DL開源實現caffe的model樣例中,它也給出了alexnet的復現,具體網路配置檔案如下 train_val.prototxt
接下來本文將一步步對該網路配置結構中各個層進行詳細的解讀(訓練階段):
從計算該模型的資料流過程中,該模型引數大概5kw+。
-
conv1階段DFD(data flow diagram):
-
conv2階段DFD(data flow diagram):
-
conv3階段DFD(data flow diagram):
-
conv4階段DFD(data flow diagram):
-
conv5階段DFD(data flow diagram):
-
fc6階段DFD(data flow diagram):
-
fc7階段DFD(data flow diagram):
-
fc8階段DFD(data flow diagram):
I0721 10:38:15.326920 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 3 227 227 (39574272) I0721 10:38:15.326971 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 1 1 1 (256) I0721 10:38:15.326982 4692 net.cpp:156] data does not need backward computation. I0721 10:38:15.327003 4692 net.cpp:74] Creating Layer conv1 I0721 10:38:15.327011 4692 net.cpp:84] conv1 <- data I0721 10:38:15.327033 4692 net.cpp:110] conv1 -> conv1 I0721 10:38:16.721956 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 96 55 55 (74342400) I0721 10:38:16.722030 4692 net.cpp:151] conv1 needs backward computation. I0721 10:38:16.722059 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu1 I0721 10:38:16.722070 4692 net.cpp:84] relu1 <- conv1 I0721 10:38:16.722082 4692 net.cpp:98] relu1 -> conv1 (in-place) I0721 10:38:16.722096 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 96 55 55 (74342400) I0721 10:38:16.722105 4692 net.cpp:151] relu1 needs backward computation. I0721 10:38:16.722116 4692 net.cpp:74] Creating Layer pool1 I0721 10:38:16.722125 4692 net.cpp:84] pool1 <- conv1 I0721 10:38:16.722133 4692 net.cpp:110] pool1 -> pool1 I0721 10:38:16.722167 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 96 27 27 (17915904) I0721 10:38:16.722187 4692 net.cpp:151] pool1 needs backward computation. I0721 10:38:16.722205 4692 net.cpp:74] Creating Layer norm1 I0721 10:38:16.722221 4692 net.cpp:84] norm1 <- pool1 I0721 10:38:16.722234 4692 net.cpp:110] norm1 -> norm1 I0721 10:38:16.722251 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 96 27 27 (17915904) I0721 10:38:16.722260 4692 net.cpp:151] norm1 needs backward computation. I0721 10:38:16.722272 4692 net.cpp:74] Creating Layer conv2 I0721 10:38:16.722280 4692 net.cpp:84] conv2 <- norm1 I0721 10:38:16.722290 4692 net.cpp:110] conv2 -> conv2 I0721 10:38:16.725225 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 27 27 (47775744) I0721 10:38:16.725242 4692 net.cpp:151] conv2 needs backward computation. I0721 10:38:16.725253 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu2 I0721 10:38:16.725261 4692 net.cpp:84] relu2 <- conv2 I0721 10:38:16.725270 4692 net.cpp:98] relu2 -> conv2 (in-place) I0721 10:38:16.725280 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 27 27 (47775744) I0721 10:38:16.725288 4692 net.cpp:151] relu2 needs backward computation. I0721 10:38:16.725298 4692 net.cpp:74] Creating Layer pool2 I0721 10:38:16.725307 4692 net.cpp:84] pool2 <- conv2 I0721 10:38:16.725317 4692 net.cpp:110] pool2 -> pool2 I0721 10:38:16.725329 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 13 13 (11075584) I0721 10:38:16.725338 4692 net.cpp:151] pool2 needs backward computation. I0721 10:38:16.725358 4692 net.cpp:74] Creating Layer norm2 I0721 10:38:16.725368 4692 net.cpp:84] norm2 <- pool2 I0721 10:38:16.725378 4692 net.cpp:110] norm2 -> norm2 I0721 10:38:16.725389 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 13 13 (11075584) I0721 10:38:16.725399 4692 net.cpp:151] norm2 needs backward computation. I0721 10:38:16.725409 4692 net.cpp:74] Creating Layer conv3 I0721 10:38:16.725419 4692 net.cpp:84] conv3 <- norm2 I0721 10:38:16.725427 4692 net.cpp:110] conv3 -> conv3 I0721 10:38:16.735193 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 384 13 13 (16613376) I0721 10:38:16.735213 4692 net.cpp:151] conv3 needs backward computation. I0721 10:38:16.735224 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu3 I0721 10:38:16.735234 4692 net.cpp:84] relu3 <- conv3 I0721 10:38:16.735242 4692 net.cpp:98] relu3 -> conv3 (in-place) I0721 10:38:16.735250 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 384 13 13 (16613376) I0721 10:38:16.735258 4692 net.cpp:151] relu3 needs backward computation. I0721 10:38:16.735302 4692 net.cpp:74] Creating Layer conv4 I0721 10:38:16.735312 4692 net.cpp:84] conv4 <- conv3 I0721 10:38:16.735321 4692 net.cpp:110] conv4 -> conv4 I0721 10:38:16.743952 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 384 13 13 (16613376) I0721 10:38:16.743988 4692 net.cpp:151] conv4 needs backward computation. I0721 10:38:16.744000 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu4 I0721 10:38:16.744010 4692 net.cpp:84] relu4 <- conv4 I0721 10:38:16.744020 4692 net.cpp:98] relu4 -> conv4 (in-place) I0721 10:38:16.744030 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 384 13 13 (16613376) I0721 10:38:16.744038 4692 net.cpp:151] relu4 needs backward computation. I0721 10:38:16.744050 4692 net.cpp:74] Creating Layer conv5 I0721 10:38:16.744057 4692 net.cpp:84] conv5 <- conv4 I0721 10:38:16.744067 4692 net.cpp:110] conv5 -> conv5 I0721 10:38:16.748935 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 13 13 (11075584) I0721 10:38:16.748955 4692 net.cpp:151] conv5 needs backward computation. I0721 10:38:16.748965 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu5 I0721 10:38:16.748975 4692 net.cpp:84] relu5 <- conv5 I0721 10:38:16.748983 4692 net.cpp:98] relu5 -> conv5 (in-place) I0721 10:38:16.748998 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 13 13 (11075584) I0721 10:38:16.749011 4692 net.cpp:151] relu5 needs backward computation. I0721 10:38:16.749022 4692 net.cpp:74] Creating Layer pool5 I0721 10:38:16.749030 4692 net.cpp:84] pool5 <- conv5 I0721 10:38:16.749039 4692 net.cpp:110] pool5 -> pool5 I0721 10:38:16.749050 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 256 6 6 (2359296) I0721 10:38:16.749058 4692 net.cpp:151] pool5 needs backward computation. I0721 10:38:16.749074 4692 net.cpp:74] Creating Layer fc6 I0721 10:38:16.749083 4692 net.cpp:84] fc6 <- pool5 I0721 10:38:16.749091 4692 net.cpp:110] fc6 -> fc6 I0721 10:38:17.160079 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.160148 4692 net.cpp:151] fc6 needs backward computation. I0721 10:38:17.160166 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu6 I0721 10:38:17.160177 4692 net.cpp:84] relu6 <- fc6 I0721 10:38:17.160190 4692 net.cpp:98] relu6 -> fc6 (in-place) I0721 10:38:17.160202 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.160212 4692 net.cpp:151] relu6 needs backward computation. I0721 10:38:17.160222 4692 net.cpp:74] Creating Layer drop6 I0721 10:38:17.160230 4692 net.cpp:84] drop6 <- fc6 I0721 10:38:17.160238 4692 net.cpp:98] drop6 -> fc6 (in-place) I0721 10:38:17.160258 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.160265 4692 net.cpp:151] drop6 needs backward computation. I0721 10:38:17.160277 4692 net.cpp:74] Creating Layer fc7 I0721 10:38:17.160286 4692 net.cpp:84] fc7 <- fc6 I0721 10:38:17.160295 4692 net.cpp:110] fc7 -> fc7 I0721 10:38:17.342094 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.342157 4692 net.cpp:151] fc7 needs backward computation. I0721 10:38:17.342175 4692 net.cpp:74] Creating Layer relu7 I0721 10:38:17.342185 4692 net.cpp:84] relu7 <- fc7 I0721 10:38:17.342198 4692 net.cpp:98] relu7 -> fc7 (in-place) I0721 10:38:17.342208 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.342217 4692 net.cpp:151] relu7 needs backward computation. I0721 10:38:17.342228 4692 net.cpp:74] Creating Layer drop7 I0721 10:38:17.342236 4692 net.cpp:84] drop7 <- fc7 I0721 10:38:17.342245 4692 net.cpp:98] drop7 -> fc7 (in-place) I0721 10:38:17.342254 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 4096 1 1 (1048576) I0721 10:38:17.342262 4692 net.cpp:151] drop7 needs backward computation. I0721 10:38:17.342274 4692 net.cpp:74] Creating Layer fc8 I0721 10:38:17.342283 4692 net.cpp:84] fc8 <- fc7 I0721 10:38:17.342291 4692 net.cpp:110] fc8 -> fc8 I0721 10:38:17.343199 4692 net.cpp:125] Top shape: 256 22 1 1 (5632) I0721 10:38:17.343214 4692 net.cpp:151] fc8 needs backward computation. I0721 10:38:17.343231 4692 net.cpp:74] Creating Layer loss I0721 10:38:17.343240 4692 net.cpp:84] loss <- fc8 I0721 10:38:17.343250 4692 net.cpp:84] loss <- label I0721 10:38:17.343264 4692 net.cpp:151] loss needs backward computation. I0721 10:38:17.343305 4692 net.cpp:173] Collecting Learning Rate and Weight Decay. I0721 10:38:17.343327 4692 net.cpp:166] Network initialization done. I0721 10:38:17.343335 4692 net.cpp:167] Memory required for Data 1073760256
CIFAR-10在caffe上進行訓練與學習
使用資料庫:CIFAR-10
60000張 32X32 彩色影象 10類,50000張訓練,10000張測試
準備
在終端執行以下指令:
cd $CAFFE_ROOT/data/cifar10 ./get_cifar10.sh cd $CAFFE_ROOT/examples/cifar10 ./create_cifar10.sh
其中CAFFE_ROOT是caffe-master在你機子的地址
執行之後,將會在examples中出現數據庫檔案./cifar10-leveldb和資料庫影象均值二進位制檔案./mean.binaryproto
模型
該CNN由卷積層,POOLing層,非線性變換層,在頂端的區域性對比歸一化線性分類器組成。該模型的定義在CAFFE_ROOT/examples/cifar10 directory’s cifar10_quick_train.prototxt中,可以進行修改。其實字尾為prototxt很多都是用來修改配置的。
訓練和測試
訓練這個模型非常簡單,當我們寫好引數設定的檔案cifar10_quick_solver.prototxt和定義的文 件cifar10_quick_train.prototxt和cifar10_quick_test.prototxt後,執行 train_quick.sh或者在終端輸入下面的命令:
cd $CAFFE_ROOT/examples/cifar10 ./train_quick.sh
即可,train_quick.sh是一個簡單的指令碼,會把執行的資訊顯示出來,培訓的工具是train_net.bin,cifar10_quick_solver.prototxt作為引數。
然後出現類似以下的資訊:這是搭建模型的相關資訊
I0317 21:52:48.945710 2008298256 net.cpp:74] Creating Layer conv1 I0317 21:52:48.945716 2008298256 net.cpp:84] conv1 <- data I0317 21:52:48.945725 2008298256 net.cpp:110] conv1 -> conv1 I0317 21:52:49.298691 2008298256 net.cpp:125] Top shape: 100 32 32 32 (3276800) I0317 21:52:49.298719 2008298256 net.cpp:151] conv1 needs backward computation.
接著:
0317 21:52:49.309370 2008298256 net.cpp:166] Network initialization done. I0317 21:52:49.309376 2008298256 net.cpp:167] Memory required for Data 23790808 I0317 21:52:49.309422 2008298256 solver.cpp:36] Solver scaffolding done. I0317 21:52:49.309447 2008298256 solver.cpp:47] Solving CIFAR10_quick_train
之後,訓練開始
I0317 21:53:12.179772 2008298256 solver.cpp:208] Iteration 100, lr = 0.001 I0317 21:53:12.185698 2008298256 solver.cpp:65] Iteration 100, loss = 1.73643 ... I0317 21:54:41.150030 2008298256 solver.cpp:87] Iteration 500, Testing net I0317 21:54:47.129461 2008298256 solver.cpp:114] Test score #0: 0.5504 I0317 21:54:47.129500 2008298256 solver.cpp:114] Test score #1: 1.27805
其中每100次迭代次數顯示一次訓練時lr(learningrate),和loss(訓練損失函式),每500次測試一次,輸出score 0(準確率)和score 1(測試損失函式)
當5000次迭代之後,正確率約為75%,模型的引數儲存在二進位制protobuf格式在cifar10_quick_iter_5000
然後,這個模型就可以用來執行在新資料上了。
其他
另外,更改cifar*solver.prototxt檔案可以使用CPU訓練,
# solver mode: CPU or GPU solver_mode: CPU
可以看看CPU和GPU訓練的差別。
主要資料來源:caffe官網教程
轉自:http://www.open-open.com/lib/view/open1421995285109.html
原文連結:Caffe 深度學習框架上手教程