PAI模型仓库FastNN（Fast Neural Networks）是一个基于PAISoar的分布式神经网络仓库。目前FastNN已经支持了Inception、Resnet、VGG等经典算法，后续会逐步开放更多的先进模型。目前FastNN已经内置于PAI-Studio平台中，并且可以直接在该平台中使用。
准备数据源
为了方便在PAI控制台上试用FastNN，cifar10、mnist、flowers数据已下载并转换为tfrecord后存储在公开OSS上，可通过PAI的读数据表或OSS数据同步组件访问。存储OSS的路径如下。
| 数据集 | 分类数 | 训练集 | 测试集 | 存储路径 |
|---|---|---|---|---|
| mnist | 10 | 3320 | 350 |
|
| cifar10 | 10 | 50000 | 10000 |
|
| flowers | 5 | 60000 | 10000 |
|
FastNN库已支持读取tfrecord格式的数据，并基于TFRecordDataset接口实现dataset pipeline以供模型训练试用，几乎可掩盖数据预处理时间。另外，由于目前FastNN库在数据分片方面不够精细，建议您在准备数据时，尽量保证数据能平均分配到每台机器，即：
- 每个tfreocrd文件的样本数量基本一致。
- 每个worker处理的tfrecord文件数量基本一致。
如果数据格式同为tfrecord，可参考datasets目录下的cifar10、mnist和flowers等各文件实现dataset pipeline。以cifar10数据为例，实现方法如下。
假设cifar10数据的key_to_features格式为如下。
features={
'image/encoded': tf.FixedLenFeature((), tf.string, default_value=''),
'image/format': tf.FixedLenFeature((), tf.string, default_value='png'),
'image/class/label': tf.FixedLenFeature(
[], tf.int64, default_value=tf.zeros([], dtype=tf.int64)),
}- 在datasets目录下创建数据解析文件cifar10.py，并编辑内容。
"""Provides data for the Cifar10 dataset. The dataset scripts used to create the dataset can be found at: datasets/download_and_covert_data/download_and_convert_cifar10.py """ from __future__ import division from __future__ import print_function import tensorflow as tf """Expect func_name is ‘parse_fn’ """ def parse_fn(example): with tf.device("/cpu:0"): features = tf.parse_single_example( example, features={ 'image/encoded': tf.FixedLenFeature((), tf.string, default_value=''), 'image/format': tf.FixedLenFeature((), tf.string, default_value='png'), 'image/class/label': tf.FixedLenFeature( [], tf.int64, default_value=tf.zeros([], dtype=tf.int64)), } ) image = tf.image.decode_jpeg(features['image/encoded'], channels=3) label = features['image/class/label'] return image, label - 在datasets/dataset_factory.py中补足dataset_map。
from datasets import cifar10 datasets_map = { 'cifar10': cifar10, } - 执行任务脚本时，指定参数dataset_name=cifar10和train_files=cifar10_train.tfrecord，即可使用cifar10数据进行模型训练。
说明 如果您需要读取其他的格式数据，需自行实现dataset pipeline构建逻辑（参考utils/dataset_utils.py）。
超参文件说明
PAI-FastNN支持以下类型的超参：
- 数据集参数：确定训练集的基本属性的参数，例如训练集存储路径dataset_dir。
- 数据预处理参数：数据预处理函数及dataset pipeline相关参数。
- 模型参数：模型训练基本参数，包括model_name、batch_size等。
- 学习率参数：学习率及其相关调优参数。
- 优化器参数：优化器及其相关参数。
- 日志参数：关于输出日志的参数。
- 性能调优参数：混合精度等其他调优参数。
超参文件的格式如下。
enable_paisora=True
batch_size=128
use_fp16=True
dataset_name=flowers
dataset_dir=oss://pai-online-beijing.oss-cn-beijing-internal.aliyuncs.com/fastnn-data/flowers/
model_name=inception_resnet_v2
optimizer=sgd
num_classes=5
job_name=worker- 数据集参数
名称 类型 描述 dataset_name string 指定输入数据解析文件的名称。取值包括：mock、cifar10、mnist、flowers，取值说明请参见images/datasets目录下所有的数据解析文件。默认使用模拟数据mock。 dataset_dir string 指定输入数据集的绝对路径，默认为None。 num_sample_per_epoch integer 指定数据集总样本数，一般用来配合学习率的衰减。 num_classes integer 指定样本分类数，默认为100。 train_files string 指定所有训练数据的文件名，文件间分隔符为逗号，例如0.tfrecord,1.tfrecord。 - 数据预处理参数
名称 类型 描述 preprocessing_name string 和model_name共同指定数据预处理的方法名，取值范围请参见images/preprocessing目录下的preprocessing_factory文件。默认设置为None，表示不进行数据预处理。 shuffle_buffer_size integer 在生成数据流水线时，以样本为粒度进行shuffle的缓存池大小，默认为1024。 num_parallel_batches integer 与batch_size乘积为map_and_batch的并行线程数，协助指定解析样本的并行粒度，默认为8。 prefetch_buffer_size integer 指定数据流水线预取数据的批数，默认为32。 num_preprocessing_threads integer 指定数据流水线进行并行数据预取的线程数，默认为16。 datasets_use_caching bool 是否打开以内存为开销，进行输入数据的压缩缓存。默认为False，表示不打开。 - 模型参数
名称 类型 描述 task_type string 任务类型，取值包括： - pretrain：模型预训练，默认。
- finetune：模型调优
model_name string 指定进行训练的模型，取值包括images/models下的所有模型。您可以参考images/models/model_factory文件中所有定义的模型设置model_name，默认为inception_resnet_v2。 num_epochs integer 训练集训练轮数，默认为100。 weight_decay float 模型训练时权重的衰减系数，默认为0.00004。 max_gradient_norm float 是否根据全局归一化值进行梯度裁剪。默认为None，表示不进行梯度裁剪。 batch_size integer 单卡一次迭代处理的数据量，默认为32。 model_dir string 重载checkpoint的路径。默认为None，表示不进行模型调优。 ckpt_file_name string 重载checkpoint的文件名，默认为None。 - 学习率参数
名称 类型 描述 warmup_steps integer 逆衰减学习率的迭代数，默认为0。 warmup_scheme string 学习率逆衰减的方式。取值为t2t（Tensor2Tensor），表示初始化为指定学习率的1/100，然后exponentiate逆衰减到指定学习率为止。 decay_scheme string 学习率衰减的方式。可选值： - luong234：在2/3的总迭代数之后，开始4次衰减，衰减系数为1/2。
- luong5：在1/2的总迭代数之后，开始5次衰减，衰减系数为1/2。
- luong10：在1/2的总迭代数之后，开始10次衰减，衰减系数为1/2。
learning_rate_decay_factor float 指定学习率衰减系数，默认为0.94。 learning_rate_decay_type string 指定学习率衰减类型，可选值：fixed、exponential（默认）和polynomial。 learning_rate float 指定学习率初始值，默认为0.01。 end_learning_rate float 指定衰减时学习率值的下限，默认为0.0001。 - 优化器参数
名称 类型 描述 optimizer string 指定优化器名称。可选值：adadelta、 adagrad、adam、ftrl、momentum、sgd、rmsprop、adamweightdecay， 默认为rmsprop。 adadelta_rho float adadelta的衰减系数，默认为0.95。 adagrad_initial_accumulator_value float AdaGrad积累器的起始值，默认为0.1。是Adagrada优化器专用参数。 adam_beta1 float 一次动量预测的指数衰减率，默认为0.9。是Adam优化器专用参数。 adam_beta2 float 二次动量预测的指数衰减率，默认为0.999。是Adam优化器专用参数。 opt_epsilon float 优化器偏置值，默认为1.0。是Adam优化器专用参数。 ftrl_learning_rate_power float 学习率参数的幂参数，默认为-0.5。是Ftrl优化器专用参数。 ftrl_initial_accumulator_value float FTRL积累器的起始，默认为0.1，是Ftrl优化器专用参数。 ftrl_l1 float FTRL l1正则项，默认为0.0，是Ftrl优化器专用参数。 ftrl_l2 float FTRL l2正则项，默认为0.0，是Ftrl优化器专用参数。 momentum float MomentumOptimizer的动量参数，默认为0.9，是Momentum优化器专用参数。 rmsprop_momentum float RMSPropOptimizer的动量参数，默认为0.9。 rmsprop_decay float RMSProp的衰减系数，默认为0.9。 - 日志参数
名称 类型 描述 stop_at_step integer 训练总迭代数，默认为100。 log_loss_every_n_iters integer 打印loss信息的迭代频率，默认为10。 profile_every_n_iters integer 打印timeline的迭代频率，默认为0。 profile_at_task integer 输出timeline的机器对应索引，默认为0，对应chief worker。 log_device_placement bool 是否输出device placement信息，默认为False。 print_model_statistics bool 是否输出可训练变量信息，默认为false。 hooks string 训练hooks，默认为StopAtStepHook,ProfilerHook,LoggingTensorHook,CheckpointSaverHook。 - 性能调优参数
名称 类型 描述 use_fp16 bool 是否进行半精度训练，默认为True。 loss_scale float 训练中loss值scale的系数，默认为1.0。 enable_paisoar bool 是否使用paisoar框架，默认True。 protocol string 默认grpc.rdma集群可以使用grpc+verbs，提升数据存取效率。
开发主文件
如果已有模型无法满足您的需求，您可以通过继承dataset、models和preprocessing接口进一步开发。在此之前需要了解FastNN库的基本流程（以images为例，代码入口文件为train_image_classifiers.py），整体代码架构流程如下。
# 根据model_name初始化models中对应模型得到network_fn，并可能返回输入参数train_image_size。
network_fn = nets_factory.get_network_fn(
FLAGS.model_name,
num_classes=FLAGS.num_classes,
weight_decay=FLAGS.weight_decay,
is_training=(FLAGS.task_type in ['pretrain', 'finetune']))
# 根据model_name或preprocessing_name初始化相应数据预处理函数得到preprocess_fn。
preprocessing_fn = preprocessing_factory.get_preprocessing(
FLAGS.model_name or FLAGS.preprocessing_name,
is_training=(FLAGS.task_type in ['pretrain', 'finetune']))
# 根据dataset_name，选择正确的tfrecord格式，同步调用preprocess_fn解析数据集得到数据dataset_iterator。
dataset_iterator = dataset_factory.get_dataset_iterator(FLAGS.dataset_name,
train_image_size,
preprocessing_fn,
data_sources,
# 调用network_fn、dataset_iterator，定义计算loss的函数loss_fn。
def loss_fn():
with tf.device('/cpu:0'):
images, labels = dataset_iterator.get_next()
logits, end_points = network_fn(images)
loss = tf.losses.sparse_softmax_cross_entropy(labels=labels, logits=tf.cast(logits, tf.float32), weights=1.0)
if 'AuxLogits' in end_points:
loss += tf.losses.sparse_softmax_cross_entropy(labels=labels, logits=tf.cast(end_points['AuxLogits'], tf.float32), weights=0.4)
return loss
# 调用PAI-Soar API封装loss_fn、tf原生optimizer。
opt = paisoar.ReplicatedVarsOptimizer(optimizer, clip_norm=FLAGS.max_gradient_norm)
loss = optimizer.compute_loss(loss_fn, loss_scale=FLAGS.loss_scale)
# 根据opt和loss形式化定义training tensor。
train_op = opt.minimize(loss, global_step=global_step)