Add some concepts documents to guide user for using paddle (#249)

demo/quick_start/dataprovider_emb.py

@@ -16,6 +16,7 @@ from paddle.trainer.PyDataProvider2 import *
 
 UNK_IDX = 0
 
+
 def initializer(settings, dictionary, **kwargs):
     settings.word_dict = dictionary
     settings.input_types = [

demo/quick_start/trainer_config.lstm.py

@@ -42,20 +42,13 @@ settings(
     gradient_clipping_threshold=25
 )
 
-bias_attr = ParamAttr(initial_std=0.,l2_rate=0.)
 
 data = data_layer(name="word", size=len(word_dict))
 emb = embedding_layer(input=data, size=128)
-fc = fc_layer(input=emb, size=512,
-              act=LinearActivation(),
-              bias_attr=bias_attr,
-              layer_attr=ExtraAttr(drop_rate=0.1))
-lstm = lstmemory(input=fc, act=TanhActivation(),
-                 bias_attr=bias_attr,
-                 layer_attr=ExtraAttr(drop_rate=0.25))
-lstm_last = pooling_layer(input=lstm, pooling_type=MaxPooling())
-output = fc_layer(input=lstm_last, size=2,
-                  bias_attr=bias_attr,
+lstm = simple_lstm(input=emb, size=128,
+                   lstm_cell_attr=ExtraAttr(drop_rate=0.25))
+lstm_max = pooling_layer(input=lstm, pooling_type=MaxPooling())
+output = fc_layer(input=lstm_max, size=2,
                   act=SoftmaxActivation())
 if is_predict:
     maxid = maxid_layer(output)

doc_cn/concepts/nn.rst

+TBD
+
+目前正在书写中。敬请期待。
\ No newline at end of file

doc_cn/concepts/program_concepts.rst

+TBD
+###
+
+目前正在书写中。敬请期待。
\ No newline at end of file

doc_cn/concepts/pserver_topology.dot

+graph pp_topology {
+	rankdir=BT;
+	subgraph cluster_node0 {
+		style=filled;
+		color=lightgrey;
+		node [style=filled, color=white, shape=box];
+		label = "机器0"
+
+		pserver0 [label="Parameter \n Server 0"]
+		trainer0 [label="Trainer 0"]
+	}
+	subgraph cluster_node1 {
+		style=filled;
+		color=lightgrey;
+		node [style=filled, color=white, shape=box];
+		label = "机器1"
+
+		pserver1 [label="Parameter \n Server 1"]
+		trainer1 [label="Trainer 1"]
+	}
+
+	subgraph cluster_node2 {
+		style=filled;
+		color=lightgrey;
+		node [style=filled, color=white, shape=box];
+		label = "机器2"
+
+		pserver2 [label="Parameter \n Server 2"]
+		trainer2 [label="Trainer 2"]
+	}
+
+	subgraph cluster_node3 {
+		style=filled;
+		color=lightgrey;
+		node [style=filled, color=white, shape=box];
+		label = "机器3"
+
+		pserver3 [label="Parameter \n Server 3"]
+		trainer3 [label="Trainer 3"]
+	}
+
+	data [label="数据", shape=hexagon]
+
+	trainer0 -- pserver0
+	trainer0 -- pserver1
+	trainer0 -- pserver2
+	trainer0 -- pserver3
+
+	trainer1 -- pserver0
+	trainer1 -- pserver1
+	trainer1 -- pserver2
+	trainer1 -- pserver3
+
+	trainer2 -- pserver0
+	trainer2 -- pserver1
+	trainer2 -- pserver2
+	trainer2 -- pserver3
+
+	trainer3 -- pserver0
+	trainer3 -- pserver1
+	trainer3 -- pserver2
+	trainer3 -- pserver3
+
+	data -- trainer0
+	data -- trainer1
+	data -- trainer2
+	data -- trainer3
+}

doc_cn/concepts/trainer_config.py

+from paddle.trainer_config_helpers import *
+
+define_py_data_sources2(train_list='train.list',
+                        test_list='test.list',
+                        module='provider',
+                        obj='process')
+settings(
+    batch_size=128,
+    learning_rate=1e-3,
+    learning_method=AdamOptimizer(),
+    regularization=L2Regularization(0.5)
+)
+
+img = data_layer(name='pixel', size=28 * 28)
+
+hidden1 = simple_img_conv_pool(input=img, filter_size=3, num_filters=32, pool_size=3,
+                               num_channel=1)
+
+hidden2 = fc_layer(input=hidden1, size=200, act=TanhActivation(),
+                   layer_attr=ExtraAttr(drop_rate=0.5))
+predict = fc_layer(input=hidden2, size=10, act=SoftmaxActivation())
+
+outputs(classification_cost(input=predict, label=data_layer(name='label', size=10)))

doc_cn/concepts/use_concepts.rst

+#########################
+PaddlePaddle 基本使用概念
+#########################
+
+PaddlePaddle是一个神经网络学习框架。其单机进程为 :code:`paddle train`。 单机的所有设备使用，均在单机进程内调度完成。 而多机辅助进程 :code:`paddle pserver` 负责联合多个单机进程进行通信，进而充分利用集群的计算资源。 PaddlePaddle同时以 :code:`swig api` 的形式，提供训练结果模型预测的方法和自定义训练流程。
+
+下面我们会分别介绍主要进程 :code:`paddle train` 中的一些概念。这些概念会对如何使用PaddlePaddle有一定的帮助。 了解这些概念的前提是，读者已经了解 `基本的神经网络/机器学习原理和概念 <nn.html>`_ 。同时，如果想要了解PaddlePaddle实现中的一些概念，请参考 `PaddlePaddle 编程中的基本概念 <program_concepts.html>`_ 。
+
+..	contents::
+
+PaddlePaddle 的进程模型
+=======================
+
+PaddlePaddle进程内嵌了一个 :code:`python` 解释器。 这个 :code:`python` 解释器负责解析用户定义的神经网络配置，和解析用户数据，并将用户数据传入给 PaddlePaddle。
+
+..	graphviz:: 
+
+	digraph pp_process {
+		rankdir=LR;
+		config_file [label="用户神经网络配置"];
+		subgraph cluster_pp {
+			style=filled;
+			color=lightgrey;
+			node [style=filled, color=white, shape=box];
+			label = "PaddlePaddle C++";
+			py [label="Python解释器"];
+		}
+		data_provider [label="用户数据解析"];
+		config_file -> py;
+		py -> data_provider [dir="back"];
+	}
+
+所以，PaddlePaddle单机训练进程，:code:`paddle train` , 对于用户的主要接口语言为 python。 主要需要用户配置的两个文件为 :code:`DataProvider` 和训练文件 :code:`TrainerConfig` 。
+
+
+DataProvider
+============
+
+DataProvider是 :code:`paddle train` 的数据提供器。 它负责将用户的原始数据转换成 PaddlePaddle 可以识别的数据类型。每当 PaddlePaddle 需要新的数据训练时，都会调用 DataProvider 返回数据。 当所有数据读取完一轮后，DataProvider 便返回空数据通知 PaddlePaddle。PaddlePaddle负责在下一轮训练开始前，将DataProvider重置。
+
+需要注意的是，DataProvider在PaddlePaddle中是被训练逻辑调用的关系， 而不是新的数据驱动训练。并且所有的 :code:`shuffle` , 和一些随机化的噪声添加，都应该在 DataProvider 阶段完成。
+
+为了方便用户使用自己的数据格式， PaddlePaddle 提供了 `PyDataProvider`_ 来处理数据。 并且在这个Provider中，PaddlePaddle的 C++ 部分接管了如何shuffle，处理 batch，GPU/CPU通信，双缓冲，异步读取等问题。 用户可以参考 `PyDataProvider`_ 的相关文档，继续深入了解 DataProvider 的使用。
+
+
+训练文件
+========
+
+训练文件是PaddlePaddle中配置神经网络结构、学习优化算法、数据传入方式的地方。 训练文件是一个python文件，使用命令行参数 :code:`--config` 传给 paddle 的主程序。 例如\:
+
+..	code-block:: bash
+
+	paddle train --config=trainer_config.py
+
+一个典型简单的训练文件可能为
+
+..  literalinclude:: trainer_config.py
+    :linenos:
+
+下面我们详细的介绍一下训练文件中各个模块的概念。
+
+
+trainer_config_helpers
+----------------------
+
+PaddlePaddle的配置文件与PaddlePaddle C++端通信的最基础协议是 :code:`protobuf` 。而为了避免用户直接写比较难写的 protobuf string，我们书写了一个helpers来生成这个protobuf包。所以在文件的开始，import这些helpers函数。
+
+需要注意的是，这个 :code:`paddle.trainer_config_helpers` 包是标准的python包，这意味着用户可以选择自己喜欢的 :code:`ide` 或者编辑器来编写Paddle的配置文件，这个python包注释文档比较完善，并且考虑了IDE的代码提示与类型注释。
+
+data_sources
+------------
+
+data_sources是配置神经网络的数据源。这里使用的函数是 :code:`define_py_data_sources2` ，这个函数是定义了使用 `PyDataProvider`_ 作为数据源。 而后缀 :code:`2` 是Paddle历史遗留问题，因为Paddle之前使用的 PyDataProvider 性能较差，所以完全重构了一个新的 `PyDataProvider`_ 。
+
+data_sources里面的 train_list 和 test_list 指定的是训练文件列表和测试文件列表。 如果传入一个字符串的话，是指一个训练列表文件。这个训练列表文件中包含的是每一个训练或者测试文件的路径。如果传入一个list的话，则会默认生成一个 list 文件，再传入给 train.list 或者 test.list 。
+
+而 :code:`module` 和 :code:`obj` 指定了 DataProvider 的模块名和函数名。
+
+更具体的使用，请参考 `PyDataProvider`_ 。
+
+settings
+--------
+
+`settings`_ 是神经网络训练算法相关的设置项。包括学习率，batch_size，优化算法，正则方法等等。具体的使用方法请参考 `settings`_ 文档。
+
+网络配置
+--------
+
+上述网络配置中余下的部分均是神经网络配置。第一行是定义一个名字叫 "pixel" 的 :code:`data_layer` 。每一个layer返回的都是一个 :code:`LayerOutput` 对象。 这里第一层的输出对象是 :code:`img` 。然后这个对象传输给了另一个 layer 函数，
+:code:`simple_img_conv_pool` 。:code:`simple_img_conv_pool` 是一个组合层，
+包括了图像的卷积 (convolution) 和池化(pooling)，
+并继续接了一个全连接层( :code:`fc_layer` )，然后再接了一个Softmax的全连接层。
+
+最终，网络配置输出了 :code:`classification_cost` 。标记网络输出的函数为 
+:code:`outputs` 。网络的输出是神经网络的优化目标，神经网络训练的时候，实际上就是
+要最小化这个输出。
+
+在神经网络进行预测的时候，实际上网络的输出也是通过 :code:`outputs` 标记。
+
+
+Layer、Projection、Operator
+===========================
+
+PaddlePaddle的网络基本上是基于Layer来配置的。所谓的Layer即是神经网络的某一层，
+而神经网络的某一层，一般是封装了许多复杂操作的操作集合。比如最简单的
+:code:`fc_layer` ，也包括矩阵乘法，多输入的求和，和activation。
+
+..	code-block:: python
+
+	data = data_layer(name='data', size=200)
+	out = fc_layer(input=data, size=200, act=TanhActivation())
+
+而对于更灵活配置需求，可能这样基于Layer的配置是不灵活的。于是 PaddlePaddle 提供
+了基于 Projection 或者 Operator 的配置。使用Projection和Operator需要与
+:code:`mixed_layer` 配合使用。 :code:`mixed_layer` 是将layer中的元素累加求和，
+并且做一个 :code:`activation` ， 而这个layer具体如何计算，是交由内部的Projection
+和 Operator 定义。Projection是指含有可学习参数的操作，而Operator不含有可学习的
+参数，输入全是其他Layer的输出。
+
+
+例如，和 :code:`fc_layer` 同样功能的 :code:`mixed_layer` 。
+
+..	code-block:: python
+
+	data = data_layer(name='data', size=200)
+	with mixed_layer(size=200) as out:
+		out += full_matrix_projection(input=data)
+
+PaddlePaddle可以使用的mixed layer 配置出非常复杂的网络，甚至可以直接配置一个完整的LSTM。
+用户可以参考 `mixed_layer`_ 的相关文档进行配置。
+
+如何利用单机的所有GPU或所有CPU核心
+==================================
+
+PaddlePaddle的单机进程 :code:`paddle train` 可以充分利用一台计算机上所有的GPU资
+源或者CPU。
+
+如果要使用机器上多块GPU，使用如下命令即可\:
+
+..	code-block:: bash
+
+	paddle train --use_gpu=true --trainer_count=4  # use 4 gpu card, 0, 1, 2, 3
+
+如果要使用机器上多块CPU, 使用如下命令即可\:
+
+..	code-block:: bash
+
+	paddle train --trainer_config=4  # use 4 cpu cores.
+
+对于其他设置GPU的选择情况，例如选择第0、2号GPU显卡，则可以使用 :code:`CUDA_VISIBLE_DEVICES` 环境变量来选择部分的显卡。 具体可以参考连接`masking-gpus`_ 。 可以使用的命令为
+
+..	code-block:: bash
+
+	env CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,2 paddle train --use_gpu=true --trainer_config=2
+
+如何利用多台机器的计算资源训练神经网络
+======================================
+
+PaddlePaddle多机使用的经典方法是通过 :code:`Parameter Server` 来对多机的 :code:`paddle train` 进行同步。 而多机训练神经网络，首先要讲数据切分到不同的机器上。 切分数据文件的方式在PaddlePaddle的开源实现中并没有提供工具包。 但是切分数据并不是一件非常复杂的事情，也不是神经网络实现的重点。
+
+多机训练过程中，经典的拓扑结构如下\:
+
+..	graphviz:: pserver_topology.dot
+
+图中每个灰色方块是一台机器，在每个机器中，先去启动一个 :code:`paddle pserver` 进程，并确定整体的端口号。可能的参数是\:
+
+..	code-block:: bash
+
+	paddle pserver --port=5000 --num_gradient_servers=4 --nics='eth0'
+
+这里说明系统的 :code:`paddle pserver` 的起始端口是 :code:`5000` ，并且有四个训练进程(:code:`gradient_servers`，Paddle同时将 :code:`paddle train` 进程称作 :code:`GradientServer` 。因为其为负责提供Gradient的进程)。 而对于训练进程的话，则需要在 :code:`paddle pserver` 启动之后，再在各个节点上运行如下命令\:
+
+..	code-block:: bash
+
+	paddle train --port=5000 --pservers=192.168.100.101,192.168.100.102,192.168.100.103,192.168.100.104 --config=...
+
+对于简单的多机协同使用上述方式即可。同时，pserver/train 通常在高级情况下，还有两个参数需要设置，他们是
+
+* --ports_num\: 一个 pserver进程共绑定多少个端口用来做稠密更新。默认是1
+* --ports_num_for_sparse\: 一个pserver进程共绑定多少端口用来做稀疏更新，默认是0
+
+使用手工指定端口数量，是因为Paddle的网络通信中，使用了 :code:`int32` 作为消息长度，比较容易在大模型下溢出。所以，在 :code:`paddle pserver` 进程中可以启动多个子线程去接受 trainer 的数据，这样单个子线程的长度就不会溢出了。但是这个值不可以调的过大，因为增加这个值，还是对性能，尤其是内存占用有一定的开销的，另外稀疏更新的端口如果太大的话，很容易某一个参数服务器没有分配到任何参数。
+
+详细的说明可以参考，使用 `集群训练Paddle`_ 。
+
+
+..  _PyDataProvider: ../ui/data_provider/pydataprovider2.html
+..	_settings: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/optimizers.html#settings
+..	_mixed_layer: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#mixed-layer
+..	_masking-gpu: http://www.acceleware.com/blog/cudavisibledevices-masking-gpus
+..  _集群训练Paddle: ../cluster/index.html

doc_cn/faq/index.rst

@@ -166,4 +166,14 @@ PaddlePaddle的参数使用名字 :code:`name` 作为参数的ID，相同名字
 
 这里 :code:`hidden_a` 和 :code:`hidden_b` 使用了同样的parameter和bias。并且softmax层的两个输入也使用了同样的参数 :code:`softmax_param`。
 
+7. *-cp27mu-linux_x86_64.whl is not a supported wheel on this platform.
+-----------------------------------------------------------------------
+
+出现这个问题的主要原因是，系统编译wheel包的时候，使用的 :code:`wheel` 包是最新的，
+而系统中的 :code:`pip` 包比较老。具体的解决方法是，更新 :code:`pip` 包并重新编译PaddlePaddle。
+更新 :code:`pip` 包的方法是\:
+
+..  code-block:: bash
+
+    pip install --upgrade pip
 

doc_cn/index.rst

@@ -5,6 +5,7 @@ PaddlePaddle文档
 --------
 * `介绍 <introduction/index.html>`_
 * `快速入门 <demo/quick_start/index.html>`_
+* `基本使用概念 <concepts/use_concepts.html>`_
 * `编译与安装 <build_and_install/index.html>`_
 * `用户接口 <ui/index.html>`_
 * `使用示例 <demo/index.html>`_