[经验分享] 5. 用pytorch设计计算图

北方 2018-9-29 10:59 楼主

1、在CMSIS-NN中，比较直观的有一个计算图，每个步骤对应一个函数。那么在pytorch是同等可以自己定义和设计的，下面的步骤就是说明如何建立计算图给后续进行移植和转换的。 2. 在pytorch中文本识别也是如下图，因为已经在CMSIS-NN中介绍过了，就不再对照卷积层，池化层和全连层的对比了。直接见图。

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
class Net(nn.Module):
def __init__(self):
super(Net, self).__init__()
# 1 input image channel, 6 output channels, 5x5 square convolution
# kernel
self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, 5)
self.conv2 = nn.Conv2d(6, 16, 5)
# an affine operation: y = Wx + b
self.fc1 = nn.Linear(16 * 5 * 5, 120)
self.fc2 = nn.Linear(120, 84)
self.fc3 = nn.Linear(84, 10)
def forward(self, x):
# Max pooling over a (2, 2) window
x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv1(x)), (2, 2))
# If the size is a square you can only specify a single number
x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv2(x)), 2)
x = x.view(-1, self.num_flat_features(x))
x = F.relu(self.fc1(x))
x = F.relu(self.fc2(x))
x = self.fc3(x)
return x
def num_flat_features(self, x):
size = x.size()[1:] # all dimensions except the batch dimension
num_features = 1
for s in size:
num_features *= s
return num_features
net = Net()
print(net)

简单对照一下，在CMSIS-NN中的第一层，卷积函数 arm_convolve_HWC_q7_RGB(); 激活函数arm_relu_q7(); 池化层函数arm_maxpool_q7_HWC(); 分别对应

self.conv1 = nn.Conv2d(1, 6, 5)
x = F.relu(self.fc1(x))
x = F.max_pool2d(F.relu(self.conv1(x)), (2, 2))

实际执行也是按照如下顺序进行的

input -> conv2d -> relu -> maxpool2d -> conv2d -> relu -> maxpool2d
-> view -> linear -> relu -> linear -> relu -> linear
-> MSELoss
-> loss

3. 训练这模型 3.1 典型的训练图按照以下步骤创建和执行 -定义NN网络的学习参数，维数 - 输入数据集并且迭代 - 用这个网络处理输入的数据 - 计算这个初始weight的损失，也就是偏差 - 扩散并计算参数，把输出的数据迭代计算并回溯 - 用定义的weight函数，更新weight，常见的规则是weight = weight -learning_rate * gradient

3.2 数据集需要独立采集和录入

- 加载并预处理数据，即数据清洗

- 定义CNN网络，如上程序所示，其中的数据和层数不是固定的，是需要自己定义的当然，结果会有比较大的不同。

- 定义损失函数和优化器，这里引入一个交叉熵的概念

import torch.optim as optim
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

[size=1.125]- 用这个网络处理训练数据，一般是用循环语句，把全部数据集加载并计算一遍

for i, data in enumerate(trainloader, 0):
... ...

- 测试这个网络和计算结果的正确率。这个和人工规则模拟的最大不同，是这个不会全对，在一定的正确率下就是最优。那么测试的原理就是用一组测试数据集（远远小于训练集），逐个输入新的weight和loss数值下的图中，得出新的分类结果。确定这个计算图的有效性。在不正确的参数选择和数据不干净的情况下，正确率会低至15%，这个和乱猜的结果差不多了，到底只有10个数字。

4. 这个是使用pytorch训练数据的简单流程，具体每个步骤都比较重要，也会影响这个结果。

分析这个主要是说明，这个训练是如何使得训练集用在GD32F3xxx上的。上述训练的结果，其实对应2步工作：

4.1 定义不同的layer，如

Conv2d(1, 6, 5)对应

arm_convolve_HWC_q7_fast(img_buffer2, CONV2_IM_DIM, CONV2_IM_CH, conv2_wt, CONV2_OUT_CH, CONV2_KER_DIM,

CONV2_PADDING, CONV2_STRIDE, conv2_bias, CONV2_BIAS_LSHIFT, CONV2_OUT_RSHIFT, img_buffer1,

CONV2_OUT_DIM, (q15_t *) col_buffer, NULL);

其中，需要对照的是

static q7_t conv1_wt[CONV1_IM_CH * CONV1_KER_DIM * CONV1_KER_DIM * CONV1_OUT_CH] = CONV1_WT;

等等，这里面已经定义了对应的维度的。

4.2 导入训练后的数据，

#include "arm_nnexamples_cifar10_weights.h"

这里的数据就是从这个pytorch模型中导出的数据weight数据。在torch.nn里面导出模型中就有。

4.3 可以看出，这个是一个不小的工程，需要很多新的概念，足够数据集，强大的计算平台和硬件。当然，这个训练集训练一次就可以反复用，对别人如果不解释也是看不明白的。

供大家参考指证。

下一步，就要开始搭建属于本项目的训练模型了。引入计算模型，可以避免自己使用dsp这样的编程和应用，直接用cmsisi-nn的引用就可以了。而且还可以尝试使用http://librosa.github.io/librosa/ 这样的专业的音频处理库进行音频的分割录入和处理，其实是降低了数据处理难度，从软件上辅助编程。

本帖最后由北方于 2018-9-29 11:05 编辑