train_cn.md

# 框架类FAQ


## 数据处理

##### 问题：如何在训练过程中高效读取数量很大的数据集？

+ 答复：当训练时使用的数据集数据量较大或者预处理逻辑复杂时，如果串行地进行数据读取，数据读取往往会成为训练效率的瓶颈。这种情况下通常需要利用多线程或者多进程的方法异步地进行数据载入，从而提高数据读取和整体训练效率。

paddle1.8中推荐使用两个异步数据加载的API：

1. DataLoader.from_generator，有限的异步加载

该API提供了单线程和单进程的异步加载支持。但由于线程和进程数目不可配置，所以异步加速能力是有限的，适用于数据读取负载适中的场景。

具体使用方法及示例请参考API文档：[fluid.io.DataLoader.from_generator](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/io_cn/DataLoader_cn.html#id1)。

2. DataLoader，灵活的异步加载

该API提供了多进程的异步加载支持，也是paddle后续主推的数据读取方式。用户可通过配置num_workers指定异步加载数据的进程数目从而满足不同规模数据集的读取需求。

具体使用方法及示例请参考API文档：[fluid.io.DataLLoader](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/en/api/io/DataLoader.html#dataloader)

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##### 问题：使用多卡进行并行训练时，如何配置DataLoader进行异步数据读取？

+ 答复：paddle1.8中多卡训练时设置异步读取和单卡场景并无太大差别，动态图模式下，由于目前仅支持多进程多卡，每个进程将仅使用一个设备，比如一张GPU卡，这种情况下，与单卡训练无异，只需要确保每个进程使用的是正确的卡即可。

具体示例请参考飞桨API [fluid.io.DataLoader.from_generator](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/io_cn/DataLoader_cn.html#id1) 和 [fluid.io.DataLLoader](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/en/api/io/DataLoader.html#dataloader) 中的示例。

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##### 问题：在动态图使用`paddle.dataset.mnist.train()`获得数据后，如何转换为可操作的Tensor？

+ 答复：调用`fluid.dygraph.to_varibale(data)`，即可将data数据转化为可以操作的动态图Tensor。

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##### 问题：如何给图片添加一个通道数，并进行训练？

+ 答复：如果是在进入paddle计算流程之前，数据仍然是numpy.array的形式，使用numpy接口`numpy.expand_dims`为图片数据增加维度后，再通过`numpy.reshape`进行操作即可，具体使用方法可查阅numpy的官方文档。

如果是希望在模型训练或预测流程中完成通道的操作，可以使用paddle对应的API [paddle.fluid.layers.unsqueeze](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/layers_cn/unsqueeze_cn.html#unsqueeze) 和 [paddle.fluid.layers.reshape](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/layers_cn/reshape_cn.html#reshape)。

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##### 问题：有拓展Tensor维度的Op吗？

+ 答复：有，请参考API [paddle.fluid.layers.unsqueeze](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/layers_cn/unsqueeze_cn.html)。

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##### 问题：如何从numpy.array生成一个具有shape和dtype的Tensor?

+ 答复：在动态图模式下，可以参考如下示例：

```
import paddle.fluid as fluid

with fluid.dygraph.guard(fluid.CPUPlace()):
    x = np.ones([2, 2], np.float32)
    y = fluid.dygraph.to_variable(x)
```

具体请参考API [paddle.fluid.dygraph.to_variable](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/dygraph_cn/to_variable_cn.html#to-variable)

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##### 问题：如何初始化一个随机数的Tensor？

+ 答复：使用`numpy.random`生成随机的numpy.array，再参考上一个问题中的示例创建随机数Tensor即可。


## 模型搭建

##### 问题：如何不训练某层的权重？

+ 答复：在`ParamAttr`里设置learning_rate=0。

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##### 问题：`stop_gradient=True`的影响范围？

+ 答复：如果fluid里某一层使用`stop_gradient=True`，那么这一层之前的层都会自动 `stop_gradient=True`，梯度不再回传。

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##### 问题：请问`fluid.layers.matmul`和`fluid.layers.mul`有什么区别？

+ 答复：`matmul`支持broadcast和任意阶相乘。`mul`会把输入都转成两维去做矩阵乘。

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## 模型训练&评估

##### 问题：在CPU上进行模型训练，如何使用多线程？

+ 答复：可以参考使用[CompiledProgram API 中的with_data_parallel方法](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/fluid_cn/CompiledProgram_cn.html#id5)。

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##### 问题：使用NVIDIA多卡运行Paddle时报错，`Error：NCCL ContextMap`或者`Error：hang住`（log日志打印突然卡住），如何解决？

+ 答复：参考[NCCL Tests](https://github.com/NVIDIA/nccl-tests)检测您的环境。如果检测不通过，请登录[NCCL官网](https://developer.nvidia.com/zh-cn)下载NCCl，安装后重新检测。

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##### 问题：多卡训练时启动失败，`Error：Out of all 4 Trainers`，如何处理？

+ 问题描述：多卡训练时启动失败，显示如下信息：

![图片](https://agroup-bos-bj.cdn.bcebos.com/bj-13d1b5df218cb40b0243d13450ab667f34aee2f7)

+ 报错分析：主进程发现一号卡（逻辑）上的训练进程退出了。

+ 解决方法：查看一号卡上的日志，找出具体的出错原因。`paddle.distributed.launch` 启动多卡训练时，设置 `--log_dir` 参数会将每张卡的日志保存在设置的文件夹下。

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##### 问题：训练过程中提示显存不足，报错 `Error：Out of memory error GPU`，如何处理？

+ 答复：这是一种常见情况，可以先检查一下GPU卡是否被其他程序占用，你可以尝试调整`batch_size`大小，也可以更改网络模型，或者参考官方文档[存储分配与优化](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/advanced_guide/performance_improving/singlenode_training_improving/memory_optimize.html) 。建议用户使用[AI Studio 学习与 实训社区训练](https://aistudio.baidu.com/aistudio/index)，获取免费GPU算力，显存16GB的v100，速度更快。

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##### 问题：如何提升模型训练时的GPU利用率？

+ 答复：有如下两点建议：

  1. 如果数据预处理耗时较长，可使用[fluid.io.DataLLoader](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/en/api/io/DataLoader.html#dataloader)加速；该API提供了多进程的异步加载支持，在静态图与动态图下均可使用，也是paddle后续主推的数据读取方式。用户可通过配置num_workers指定异步加载数据的进程数目从而满足不同规模数据集的读取需求。

  2. 如果GPU显存没满，且数据读取不是性能瓶颈，可以增加`batch_size`，但是注意调节其他超参数。

  以上两点均为比较通用的方案，其他的优化方案和模型相关，可参考相应models示例。

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##### 问题：使用CPU或GPU时，如何设置`num_threds`？

+ 答复：可以通过`os.getenv("CPU_NUM")`获取相关参数值或者`os.environ['CPU_NUM'] = str(2)`设置相关参数值。

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##### 问题：如何处理变长ID导致程序显存占用过大的问题？

+ 答复：请先参考上述显存不足的问题的解决方案。若存储空间仍然不够，建议对index进行排序，减少padding的数量。

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##### 问题：Executor与ParallelExecutor有什么区别？

+ 答复：飞桨（PaddlePaddle，以下简称Paddle）的设计思想类似于高级编程语言C++和JAVA等。程序的执行过程被分为编译和执行两个阶段。

用户完成对 Program 的定义后，Executor 接受这段 Program 并转化为C++后端真正可执行的 FluidProgram，这一自动完成的过程叫做编译。

编译过后需要 Executor 来执行这段编译好的 FluidProgram。

1. `fluid.Executor`执行对象是Program，可以认为是一个轻量级的执行器，目前主要用于参数初始化、参数加载、参数模型保存。

2. `fluid.ParallelExecutor` 是 `Executor` 的一个升级版本，可以支持基于数据并行的多节点模型训练和测试。如果采用数据并行模式， ParallelExecutor 在构造时会将参数分发到不同的节点上，并将输入的 Program 拷贝到不同的节点，在执行过程中，各个节点独立运行模型，将模型反向计算得到的参数梯度在多个节点之间进行聚合，之后各个节点独立的进行参数的更新。

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##### 问题：训练过程中如果出现不收敛的情况，如何处理？

+ 答复：不收敛的原因有很多，可以参考如下方式排查：

  1. 检查数据集中训练数据的准确率，数据是否有很多错误，特征是否归一化；
  2. 简化网络结构，先基于benchmark实验，确保在baseline网络结构和数据集上的收敛结果正确；
  3. 对于复杂的网络，每次只增加一个改动，确保改动后的网络正确；
  4. 检查网络在训练数据上的Loss是否下降；
  5. 检查学习率、优化算法是否合适，学习率过大会导致不收敛；
  6. 检查`batch_size`设置是否合适，`batch_size`过小会导致不收敛；
  7. 检查梯度计算是否正确，是否有梯度过大的情况，是否为NaN。

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##### 问题：Loss为NaN，如何处理？

+ 答复：可能由于网络的设计问题，Loss过大（Loss为NaN）会导致梯度爆炸。如果没有改网络结构，但是出现了NaN，可能是数据读取导致，比如标签对应关系错误。还可以检查下网络中是否会出现除0，log0的操作等。

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##### 问题：在AI Studio上使用GPU训练时报错 `Attempt to use GPU for prediction, but environment variable CUDA_VISIBLE_DEVICES was not set correctly.`，如何处理？

+ 答复：需要在Notebook环境中增加：`%set_env CUDA_VISIBLE_DEVICES=0`。

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##### 问题：使用GPU训练时报错，`Error：incompatible constructor arguments.`，如何处理？

+ 问题描述：
  ![图片](https://agroup-bos-bj.cdn.bcebos.com/bj-3779aa5b33dbe1f05ba2bfeabb2d22d4270d1929)

+ 报错分析：`CUDAPlace()`接口没有指定GPU的ID编号导致。

+ 答复：CUDAPlace()接口需要指定GPU的ID编号，接口使用方法参见：[paddle.fluid.CUDAPlace](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/fluid_cn/CUDAPlace_cn.html)。

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##### 问题：出现未编译CUDA报错怎么办？

![](https://ai-studio-static-online.cdn.bcebos.com/aba33440dd194ea397528f06bcb3574bddcf496b679b4da2832955b71cf65c76)

* 答复：报错是由于没有安装GPU版本的PaddlePaddle，CPU版本默认不包含CUDA检测功能。使用`pip install paddlepaddle-gpu -U` 即可。

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##### 问题：增量训练中，如何保存模型和恢复训练？

+ 答复：在增量训练过程中，不仅需要保存模型的参数，也需要保存模型训练的状态（如learning_rate）。使用[save](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/fluid_cn/save_cn.html#save)保存模型训练的参数和状态；恢复训练时，使用[load](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/fluid_cn/load_cn.html#load)进行恢复训练。

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##### 问题：训练后的模型很大，如何压缩？

+ 答复：建议您使用飞桨模型压缩工具[PaddleSlim](https://www.paddlepaddle.org.cn/tutorials/projectdetail/489539)。PaddleSlim是飞桨开源的模型压缩工具库，包含模型剪裁、定点量化、知识蒸馏、超参搜索和模型结构搜索等一系列模型压缩策略，专注于**模型小型化技术**。

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## 参数调整

##### 问题：如何将本地数据传入`fluid.dygraph.Embedding`的参数矩阵中？

+ 答复：需将本地词典向量读取为NumPy数据格式，然后使用`fluid.initializer.NumpyArrayInitializer`这个op初始化`fluid.dygraph.Embedding`里的`param_attr`参数，即可实现加载用户自定义（或预训练）的Embedding向量。

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##### 问题：如何实现网络层中多个feature间共享该层的向量权重？

+ 答复：将所有网络层中`param_attr`参数里的`name`设置为同一个，即可实现共享向量权重。如使用embedding层时，可以设置`param_attr=fluid.ParamAttr(name="word_embedding")`，然后把param_attr传入embedding中。

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##### 问题：如何修改全连接层参数，如：weights、bias、optimizer.SGD？

+ 答复：可以通过`param_attr`设置参数的属性，`fluid.ParamAttr( initializer=fluid.initializer.Normal(0.0, 0.02), learning_rate=2.0)`，如果`learning_rate`设置为0，该层就不参与训练。手动输入参数也可以实现，但是会比较麻烦。

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##### 问题：使用optimizer或ParamAttr设置的正则化和学习率，二者什么差异？

+ 答复：ParamAttr中定义的`regularizer`优先级更高。若ParamAttr中定义了`regularizer`，则忽略Optimizer中的`regularizer`；否则，则使用Optimizer中的`regularizer`。ParamAttr中的学习率默认为1，在对参数优化时，最终的学习率等于optimizer的学习率乘以ParamAttr的学习率。

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##### 问题：如何导出指定层的权重，如导出最后一层的*weights*和*bias*？

+ 答复：使用`save_vars`保存指定的vars，然后使用`load_vars`加载对应层的参数值。具体示例请见API文档：[load_vars](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/io_cn/load_vars_cn.html#load-vars) 和 [save_vars](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/io_cn/save_vars_cn.html#save-vars) 。

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##### 问题：训练过程中如何固定网络和Batch Normalization（BN）？

+ 答复：

1. 对于固定BN：设置 `use_global_stats=True`，使用已加载的全局均值和方差：`global mean/variance`，具体内容可查看官网文档[BatchNorm](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api_cn/dygraph_cn/BatchNorm_cn.html)。

2. 对于固定网络层：如： stage1→ stage2 → stage3 ，设置stage2的输出，假设为*y*，设置 `y.stop_gradient=True`，那么， stage1→ stage2整体都固定了，不再更新。

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##### 问题：优化器设置时报错`AttributeError: parameter_list argument given to the Optimizer should not be None in dygraph mode.`，如何处理？

+ 错误分析：必选参数缺失导致。

+ 答复：飞桨框架1.7版本之后，动态图模式下，需要在optimizer的设置中加入必选项`parameter_list`。

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##### 问题：`fluid.layer.pool2d`的全局池化参数和设置参数有关系么？

+ 答复：如果设置`global_pooling`，则设置的`pool_size`将忽略，不会产生影响。

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##### 问题：训练的step在参数优化器中是如何变化的？

<img src="https://ai-studio-static-online.cdn.bcebos.com/610cd445435e40e1b1d8a4944a7448c35d89ea33ab364ad8b6804b8dd947e88c" style="zoom: 50%;" />

* 答复：

  `step`表示的是经历了多少组mini_batch，其统计方法为`exe.run`(对应Program)运行的当前次数，即每运行一次`exe.run`，step加1。举例代码如下：

```python
# 执行下方代码后相当于step增加了N x Epoch总数
for epoch in range(epochs):
	# 执行下方代码后step相当于自增了N
	for data in [mini_batch_1,2,3...N]:
		# 执行下方代码后step += 1
		exe.run(data)
```

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##### 问题：如何修改全连接层参数，比如weight，bias？

+ 答复：可以通过`param_attr`设置参数的属性，`fluid.ParamAttr( initializer=fluid.initializer.Normal(0.0, 0.02), learning_rate=2.0)`，如果`learning_rate`设置为0，该层就不参与训练。也可以构造一个numpy数据，使用`fluid.initializer.NumpyArrayInitializer`来给权重设置想要的值。

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## 应用预测

##### 问题：load_inference_model在加载预测模型时能否用py_reader读取？

+ 答复：目前`load_inference_model`加载进行的模型还不支持py_reader输入。

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