From e4952ca6cea9130258086b4b7f2dff7a8bf5f566 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Yu Yang Date: Mon, 17 Oct 2016 03:30:10 +0000 Subject: [PATCH] Add FAQ (#128) * Init commit for doing FAQ * Add speed up training * Add graphviz to ci * Add shared paramter * Tiny refine --- .travis.yml | 1 + doc_cn/conf.py.in | 1 + doc_cn/faq/index.rst | 169 ++++++++++++++++++ doc_cn/faq/reduce_min_pool_size.py | 6 + doc_cn/faq/word2vec_config.py | 8 + doc_cn/faq/word2vec_dataprovider.py | 8 + doc_cn/index.rst | 7 + .../paddle/trainer_config_helpers/networks.py | 4 +- .../tests/configs/check.md5 | 2 + .../tests/configs/generate_protostr.sh | 2 +- .../tests/configs/shared_fc.py | 22 +++ .../tests/configs/shared_lstm.py | 29 +++ 12 files changed, 256 insertions(+), 3 deletions(-) create mode 100644 doc_cn/faq/index.rst create mode 100644 doc_cn/faq/reduce_min_pool_size.py create mode 100644 doc_cn/faq/word2vec_config.py create mode 100644 doc_cn/faq/word2vec_dataprovider.py create mode 100644 python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_fc.py create mode 100644 python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_lstm.py diff --git a/.travis.yml b/.travis.yml index 119d01a4f..bf0e0b7bb 100644 --- a/.travis.yml +++ b/.travis.yml @@ -35,6 +35,7 @@ addons: - libgoogle-glog-dev - libgflags-dev - libgtest-dev + - graphviz before_install: - if [[ "$TRAVIS_OS_NAME" == "linux" ]]; then sudo paddle/scripts/travis/before_install.linux.sh; fi - if [[ "$TRAVIS_OS_NAME" == "osx" ]]; then paddle/scripts/travis/before_install.osx.sh; fi diff --git a/doc_cn/conf.py.in b/doc_cn/conf.py.in index 391f7981e..93242ace4 100644 --- a/doc_cn/conf.py.in +++ b/doc_cn/conf.py.in @@ -47,6 +47,7 @@ extensions = [ 'sphinx.ext.autosummary', 'sphinx.ext.mathjax', 'sphinx.ext.napoleon', + 'sphinx.ext.graphviz' ] table_styling_embed_css = True diff --git a/doc_cn/faq/index.rst b/doc_cn/faq/index.rst new file mode 100644 index 000000000..283607957 --- /dev/null +++ b/doc_cn/faq/index.rst @@ -0,0 +1,169 @@ +#################### +PaddlePaddle常见问题 +#################### + +.. contents:: + +1. 如何减少PaddlePaddle的内存占用 +--------------------------------- + +神经网络的训练本身是一个非常消耗内存和显存的工作。经常会消耗数十G的内存和数G的显存。 +PaddlePaddle的内存占用主要分为如下几个方面\: + +* DataProvider缓冲池内存 (只针对内存) +* 神经元激活内存 （针对内存和显存） +* 参数内存 (针对内存和显存) +* 其他内存杂项 + +这其中，其他内存杂项是指PaddlePaddle本身所用的一些内存，包括字符串分配，临时变量等等， +这些内存就不考虑如何缩减了。 + +其他的内存的减少方法依次为 + + +减少DataProvider缓冲池内存 +++++++++++++++++++++++++++ + +PyDataProvider使用的是异步加载，同时在内存里直接随即选取数据来做Shuffle。即 + +.. graphviz:: + + digraph { + rankdir=LR; + 数据文件 -> 内存池 -> PaddlePaddle训练 + } + +所以，减小这个内存池即可减小内存占用，同时也可以加速开始训练前数据载入的过程。但是，这 +个内存池实际上决定了shuffle的粒度。所以，如果将这个内存池减小，又要保证数据是随机的， +那么最好将数据文件在每次读取之前做一次shuffle。可能的代码为 + +.. literalinclude:: reduce_min_pool_size.py + +这样做可以极大的减少内存占用，并且可能会加速训练过程。 详细文档参考 `这里 +<../ui/data_provider/pydataprovider2.html#provider>`_ 。 + +神经元激活内存 +++++++++++++++ + +神经网络在训练的时候，会对每一个激活暂存一些数据，包括激活，參差等等。 +在反向传递的时候，这些数据会被用来更新参数。这些数据使用的内存主要和两个参数有关系， +一是batch size，另一个是每条序列(Sequence)长度。所以，其实也是和每个mini-batch中包含 +的时间步信息成正比。 + +所以，做法可以有两种。他们是 + +* 减小batch size。 即在网络配置中 :code:`settings(batch_size=1000)` 设置成一个小一些的值。但是batch size本身是神经网络的超参数，减小batch size可能会对训练结果产生影响。 +* 减小序列的长度，或者直接扔掉非常长的序列。比如，一个数据集大部分序列长度是100-200, + 但是突然有一个10000长的序列，就很容易导致内存超限。特别是在LSTM等RNN中。 + +参数内存 +++++++++ + +PaddlePaddle支持非常多的优化算法(Optimizer)，不同的优化算法需要使用不同大小的内存。 +例如如果使用 :code:`adadelta` 算法，则需要使用参数规模大约5倍的内存。 如果参数保存下来的 +文件为 :code:`100M`， 那么该优化算法至少需要 :code:`500M` 的内存。 + +可以考虑使用一些优化算法，例如 :code:`momentum`。 + +2. 如何加速PaddlePaddle的训练速度 +--------------------------------- + +PaddlePaddle是神经网络训练平台，加速PaddlePaddle训练有如下几个方面\： + +* 减少数据载入的耗时 +* 加速训练速度 +* 利用更多的计算资源 + +减少数据载入的耗时 +++++++++++++++++++ + +使用 :code:`pydataprovider`时，可以减少缓存池的大小，同时设置内存缓存功能，即可以极大的加速数据载入流程。 +:code:`DataProvider` 缓存池的减小，和之前减小通过减小缓存池来减小内存占用的原理一致。 + +.. literalinclude:: reduce_min_pool_size.py + +同时 :code:`@provider` 接口有一个 :code:`cache` 参数来控制缓存方法，将其设置成 :code:`CacheType.CACHE_PASS_IN_MEM` 的话，会将第一个 :code:`pass` (过完所有训练数据即为一个pass)生成的数据缓存在内存里，在之后的 :code:`pass` 中，不会再从 :code:`python` 端读取数据，而是直接从内存的缓存里读取数据。这也会极大减少数据读入的耗时。 + + +加速训练速度 +++++++++++++ + +PaddlePaddle支持Sparse的训练，sparse训练需要训练特征是 :code:`sparse_binary_vector` 、 :code:`sparse_vector` 、或者 :code:`integer_value` 的任一一种。同时，与这个训练数据交互的Layer，需要将其Parameter设置成 sparse 更新模式，即设置 :code:`sparse_update=True` + +这里使用简单的 :code:`word2vec` 训练语言模型距离，具体使用方法为\: + +使用一个词前两个词和后两个词，来预测这个中间的词。这个任务的DataProvider为\: + +.. literalinclude:: word2vec_dataprovider.py + +这个任务的配置为\: + +.. literalinclude:: word2vec_config.py + +更多关于sparse训练的内容请参考 `sparse训练的文档 `_ + +利用更多的计算资源 +++++++++++++++++++ + +利用更多的计算资源可以分为一下几个方式来进行\: + +* 单机CPU训练 + * 使用多线程训练。设置命令行参数 :code:`trainer_count`，即可以设置参与训练的线程数量。使用方法为 :code:`paddle train --trainer_count=4` +* 单机GPU训练 + * 使用显卡训练。设置命令行参数 :code:`use_gpu`。 使用方法为 :code:`paddle train --use_gpu=true` + * 使用多块显卡训练。设置命令行参数 :code:`use_gpu` 和 :code:`trainer_count`。使用 :code:`--use_gpu=True` 开启GPU训练，使用 :code:`trainer_count` 指定显卡数量。使用方法为 :code:`paddle train --use_gpu=true --trainer_count=4` +* 多机训练 + * 使用多机训练的方法也比较简单，需要先在每个节点启动 :code:`paddle pserver`，在使用 :code:`paddle train --pservers=192.168.100.1,192.168.100.2` 来指定每个pserver的ip地址 + * 具体的多机训练方法参考 `多机训练 `_ 文档。 + + +3. 遇到“非法指令”或者是“illegal instruction” +-------------------------------------------- + +paddle在进行计算的时候为了提升计算性能，使用了avx指令。部分老的cpu型号无法支持这样的指令。通常来说执行下grep avx /proc/cpuinfo看看是否有输出即可知道是否支持。（另：用此方法部分虚拟机可能检测到支持avx指令但是实际运行会挂掉，请当成是不支持，看下面的解决方案） + +解决办法是\: + +* 使用 NO_AVX的 `安装包 <../build_and_install/index.html>`_ 或者 `Docker image <../build_and_install/install/docker_install.html>`_ +* 或者，使用 :code:`-DWITH_AVX=OFF` 重新编译PaddlePaddle。 + + +4. 如何选择SGD算法的学习率 +-------------------------- + +在采用sgd/async_sgd进行训练时，一个重要的问题是选择正确的learning_rate。如果learning_rate太大，那么训练有可能不收敛，如果learning_rate太小，那么收敛可能很慢，导致训练时间过长。 + +通常做法是从一个比较大的learning_rate开始试，如果不收敛，那减少学习率10倍继续试验，直到训练收敛为止。那么如何判断训练不收敛呢？可以估计出如果模型采用不变的输出最小的cost0是多少。 + +如果训练过程的的cost明显高于这个常数输出的cost，那么我们可以判断为训练不收敛。举一个例子，假如我们是三分类问题，采用multi-class-cross-entropy作为cost，数据中0,1,2三类的比例为 :code:`0.2, 0.5, 0.3` , 那么常数输出所能达到的最小cost是 :code:`-(0.2*log(0.2)+0.5*log(0.5)+0.3*log(0.3))=1.03` 。如果训练一个pass（或者更早）后，cost还大于这个数，那么可以认为训练不收敛，应该降低学习率。 + + +5. 如何初始化参数 +----------------- + +默认情况下，PaddlePaddle使用均值0，标准差为 :math:`\frac{1}{\sqrt{d}}` 来初始化参数。其中 :math:`d` 为参数矩阵的宽度。这种初始化方式在一般情况下不会产生很差的结果。如果用户想要自定义初始化方式，PaddlePaddle目前提供两种参数初始化的方式\: + +* 高斯分布。将 :code:`param_attr` 设置成 :code:`param_attr=ParamAttr(initial_mean=0.0, initial_std=1.0)` +* 均匀分布。将 :code:`param_attr` 设置成 :code:`param_attr=ParamAttr(initial_max=1.0, initial_min=-1.0)` + +比如设置一个全连接层的参数初始化方式和bias初始化方式，可以使用如下代码。 + +.. code-block:: python + + hidden = fc_layer(input=ipt, param_attr=ParamAttr(initial_max=1.0, initial_min=-1.0), + bias_attr=ParamAttr(initial_mean=1.0, initial_std=0.0)) + +上述代码将bias全部初始化为1.0, 同时将参数初始化为 :code:`[1.0, -1.0]` 的均匀分布。 + +6. 如何共享参数 +--------------- + +PaddlePaddle的参数使用名字 :code:`name` 作为参数的ID，相同名字的参数，会共享参数。设置参数的名字，可以使用 :code:`ParamAttr(name="YOUR_PARAM_NAME")` 来设置。更方便的设置方式，是想要共享的参数使用同样的 :code:`ParamAttr` 对象。 + +简单的全连接网络，参数共享的配置示例为\: + +.. literalinclude:: ../../python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_fc.py + +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`。 + + diff --git a/doc_cn/faq/reduce_min_pool_size.py b/doc_cn/faq/reduce_min_pool_size.py new file mode 100644 index 000000000..2811b134b --- /dev/null +++ b/doc_cn/faq/reduce_min_pool_size.py @@ -0,0 +1,6 @@ +@provider(min_pool_size=0, ...) +def process(settings, filename): + os.system('shuf %s > %s.shuf' % (filename, filename)) # shuffle before. + with open('%s.shuf' % filename, 'r') as f: + for line in f: + yield get_sample_from_line(line) \ No newline at end of file diff --git a/doc_cn/faq/word2vec_config.py b/doc_cn/faq/word2vec_config.py new file mode 100644 index 000000000..e34725247 --- /dev/null +++ b/doc_cn/faq/word2vec_config.py @@ -0,0 +1,8 @@ +... # the settings and define data provider is omitted. +DICT_DIM=3000 # dictionary dimension. +word_ids=data_layer('word_ids', size=DICT_DIM) + +emb = embedding_layer(input=word_ids, size=256, param_attr=ParamAttr(sparse_update=True)) +emb_sum = pooling_layer(input=emb, pooling_type=SumPooling()) +predict = fc_layer(input=emb_sum, size=DICT_DIM, act=Softmax()) +outputs(classification_cost(input=predict, label=data_layer('label', size=DICT_DIM))) \ No newline at end of file diff --git a/doc_cn/faq/word2vec_dataprovider.py b/doc_cn/faq/word2vec_dataprovider.py new file mode 100644 index 000000000..a0a39080c --- /dev/null +++ b/doc_cn/faq/word2vec_dataprovider.py @@ -0,0 +1,8 @@ +DICT_DIM=3000 +@provider(input_types=[integer_sequence(DICT_DIM), integer_value(DICT_DIM)]) +def process(settings, filename): + with open(filename) as f: + # yield word ids to predict inner word id + # such as [28, 29, 10, 4], 4 + # It means the sentance is 28, 29, 4, 10, 4. + yield read_next_from_file(f) \ No newline at end of file diff --git a/doc_cn/index.rst b/doc_cn/index.rst index 1a4908be1..d2d50fbdb 100644 --- a/doc_cn/index.rst +++ b/doc_cn/index.rst @@ -3,6 +3,7 @@ PaddlePaddle文档 使用指南 -------- + * `快速入门 `_ * `编译与安装 `_ * `用户接口 `_ @@ -16,7 +17,13 @@ PaddlePaddle文档 算法教程 -------- + * `Recurrent Group教程 `_ * `单层RNN示例 <../doc/algorithm/rnn/rnn.html>`_ * `双层RNN示例 `_ * `支持双层序列作为输入的Layer `_ + +常见问题 +-------- + +* `常见问题 `_ diff --git a/python/paddle/trainer_config_helpers/networks.py b/python/paddle/trainer_config_helpers/networks.py index ab4057d9d..c54ec3096 100644 --- a/python/paddle/trainer_config_helpers/networks.py +++ b/python/paddle/trainer_config_helpers/networks.py @@ -20,7 +20,7 @@ from activations import LinearActivation, ReluActivation, SoftmaxActivation, \ IdentityActivation, TanhActivation, SequenceSoftmaxActivation from attrs import ExtraAttr from default_decorators import wrap_name_default, wrap_act_default, \ - wrap_param_default + wrap_param_default, wrap_bias_attr_default, wrap_param_attr_default from layers import * # There are too many layers used in network, so import * from poolings import MaxPooling, SumPooling from paddle.trainer.config_parser import * @@ -505,7 +505,7 @@ def simple_lstm(input, size, name=None, reverse=False, mat_param_attr=None, def lstmemory_unit(input, name=None, size=None, param_attr=None, act=None, gate_act=None, state_act=None, mixed_bias_attr=None, lstm_bias_attr=None, - mixed_layer_attr=None,lstm_layer_attr=None, + mixed_layer_attr=None, lstm_layer_attr=None, get_output_layer_attr=None): """ Define calculations that a LSTM unit performs in a single time step. diff --git a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/check.md5 b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/check.md5 index 3ecfff207..96bf3fb2e 100644 --- a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/check.md5 +++ b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/check.md5 @@ -2,6 +2,8 @@ a5d9259ff1fd7ca23d0ef090052cb1f2 last_first_seq.protostr 9c038249ec8ff719753a746cdb04c026 layer_activations.protostr 5913f87b39cee3b2701fa158270aca26 projections.protostr +7334ba0a4544f0623231330fc51d390d shared_fc.protostr +8b8b6bb128a7dfcc937be86145f53e2f shared_lstm.protostr 6b39e34beea8dfb782bee9bd3dea9eb5 simple_rnn_layers.protostr 0fc1409600f1a3301da994ab9d28b0bf test_cost_layers.protostr 6cd5f28a3416344f20120698470e0a4c test_cost_layers_with_weight.protostr diff --git a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/generate_protostr.sh b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/generate_protostr.sh index 5514ee65e..7cdd68205 100755 --- a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/generate_protostr.sh +++ b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/generate_protostr.sh @@ -8,7 +8,7 @@ configs=(test_fc layer_activations projections test_print_layer test_sequence_pooling test_lstmemory_layer test_grumemory_layer last_first_seq test_expand_layer test_ntm_layers test_hsigmoid img_layers util_layers simple_rnn_layers unused_layers test_cost_layers -test_cost_layers_with_weight test_rnn_group) +test_rnn_group shared_fc shared_lstm test_cost_layers_with_weight) for conf in ${configs[*]} diff --git a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_fc.py b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_fc.py new file mode 100644 index 000000000..202cf367f --- /dev/null +++ b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_fc.py @@ -0,0 +1,22 @@ +from paddle.trainer_config_helpers import * + +settings( + learning_rate=1e-4, + batch_size=1000 +) + +a = data_layer(name='feature_a', size=200) +b = data_layer(name='feature_b', size=200) + +fc_param = ParamAttr(name='fc_param', initial_max=1.0, initial_min=-1.0) +bias_param = ParamAttr(name='bias_param', initial_mean=0.0, initial_std=0.0) + +softmax_param = ParamAttr(name='softmax_param', initial_max=1.0, initial_min=-1.0) + +hidden_a = fc_layer(input=a, size=200, param_attr=fc_param, bias_attr=bias_param) +hidden_b = fc_layer(input=b, size=200, param_attr=fc_param, bias_attr=bias_param) + +predict = fc_layer(input=[hidden_a, hidden_b], param_attr=[softmax_param, softmax_param], + bias_attr=False, size=10, act=SoftmaxActivation()) + +outputs(classification_cost(input=predict, label=data_layer(name='label', size=10))) diff --git a/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_lstm.py b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_lstm.py new file mode 100644 index 000000000..8557e9daa --- /dev/null +++ b/python/paddle/trainer_config_helpers/tests/configs/shared_lstm.py @@ -0,0 +1,29 @@ +from paddle.trainer_config_helpers import * + +settings(learning_rate=1e-4, batch_size=1000) + +data_1 = data_layer(name='data_a', size=100) +data_2 = data_layer(name='data_b', size=100) + +mixed_param = ParamAttr(name='mixed_param') + +with mixed_layer(size=400, bias_attr=False) as m1: + m1 += full_matrix_projection(input=data_1, param_attr=mixed_param) + +with mixed_layer(size=400, bias_attr=False) as m2: + m2 += full_matrix_projection(input=data_2, param_attr=mixed_param) + +lstm_param = ParamAttr(name='lstm_param') +lstm_bias = ParamAttr(name='lstm_bias', initial_mean=0., initial_std=0.) + +lstm1 = lstmemory_group(input=m1, param_attr=lstm_param, lstm_bias_attr=lstm_bias, mixed_bias_attr=False) +lstm2 = lstmemory_group(input=m2, param_attr=lstm_param, lstm_bias_attr=lstm_bias, mixed_bias_attr=False) + +softmax_param = ParamAttr(name='softmax_param') + +predict = fc_layer(input=[last_seq(input=lstm1), last_seq(input=lstm2)], + size=10, + param_attr=[softmax_param, softmax_param], + bias_attr=False, + act=SoftmaxActivation()) +outputs(classification_cost(input=predict, label=data_layer(name='label', size=10))) -- GitLab