# Embedding量化示例

本示例介绍如何使用Embedding量化的接口 paddleslim.quant.quant_embedding 。`quant_embedding`接口将网络中的Embedding参数从`float32`类型量化到 `8-bit`整数类型，在几乎不损失模型精度的情况下减少模型的存储空间和显存占用。

接口介绍请参考 量化API文档。

该接口对program的修改：

量化前:

图1：量化前的模型结构

量化后：

图2: 量化后的模型结构

以下将以 `基于skip-gram的word2vector模型` 为例来说明如何使用`quant_embedding`接口。首先介绍 `基于skip-gram的word2vector模型` 的正常训练和测试流程。

## 基于skip-gram的word2vector模型

以下是本例的简要目录结构及说明：

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    ├── cluster_train.py    # 分布式训练函数
    ├── cluster_train.sh    # 本地模拟多机脚本
    ├── train.py            # 训练函数
    ├── infer.py            # 预测脚本
    ├── net.py              # 网络结构
    ├── preprocess.py       # 预处理脚本，包括构建词典和预处理文本
    ├── reader.py           # 训练阶段的文本读写
    ├── train.py            # 训练函数
    └── utils.py            # 通用函数

### 介绍

本例实现了skip-gram模式的word2vector模型。

同时推荐用户参考 IPython Notebook demo

### 数据下载

全量数据集使用的是来自1 Billion Word Language Model Benchmark的(http://www.statmt.org/lm-benchmark) 的数据集.

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    mkdir data
    wget http://www.statmt.org/lm-benchmark/1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output.tar.gz
    tar xzvf 1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output.tar.gz
    mv 1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output/training-monolingual.tokenized.shuffled/ data/

备用数据地址下载命令如下

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    mkdir data
    wget https://paddlerec.bj.bcebos.com/word2vec/1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output.tar
    tar xvf 1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output.tar
    mv 1-billion-word-language-modeling-benchmark-r13output/training-monolingual.tokenized.shuffled/ data/

为了方便快速验证，我们也提供了经典的text8样例数据集，包含1700w个词。 下载命令如下

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    mkdir data
    wget https://paddlerec.bj.bcebos.com/word2vec/text.tar
    tar xvf text.tar
    mv text data/

### 数据预处理

以样例数据集为例进行预处理。全量数据集注意解压后以training-monolingual.tokenized.shuffled 目录为预处理目录，和样例数据集的text目录并列。

词典格式: 词<空格>词频。注意低频词用'UNK'表示

可以按格式自建词典，如果自建词典跳过第一步。

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    the 1061396
    of 593677
    and 416629
    one 411764
    in 372201
    a 325873
    <UNK> 324608
    to 316376
    zero 264975
    nine 250430

第一步根据英文语料生成词典，中文语料可以通过修改text_strip方法自定义处理方法。

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    python preprocess.py --build_dict --build_dict_corpus_dir data/text/ --dict_path data/test_build_dict

第二步根据词典将文本转成id, 同时进行downsample，按照概率过滤常见词, 同时生成word和id映射的文件，文件名为词典+"word_to_id"。

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    python preprocess.py --filter_corpus --dict_path data/test_build_dict --input_corpus_dir data/text --output_corpus_dir data/convert_text8 --min_count 5 --downsample 0.001

### 训练

具体的参数配置可运行

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    python train.py -h

单机多线程训练

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    OPENBLAS_NUM_THREADS=1 CPU_NUM=5 python train.py --train_data_dir data/convert_text8 --dict_path data/test_build_dict --num_passes 10 --batch_size 100 --model_output_dir v1_cpu5_b100_lr1dir --base_lr 1.0 --print_batch 1000 --with_speed --is_sparse

本地单机模拟多机训练

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    sh cluster_train.sh

本示例中按照单机多线程训练的命令进行训练，训练完毕后，可看到在当前文件夹下保存模型的路径为: `v1_cpu5_b100_lr1dir`, 运行 `ls v1_cpu5_b100_lr1dir`可看到该文件夹下保存了训练的10个epoch的模型文件。

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    pass-0  pass-1  pass-2  pass-3  pass-4  pass-5  pass-6  pass-7  pass-8  pass-9

### 预测

测试集下载命令如下

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    #全量数据集测试集
    wget https://paddlerec.bj.bcebos.com/word2vec/test_dir.tar
    #样本数据集测试集
    wget https://paddlerec.bj.bcebos.com/word2vec/test_mid_dir.tar

预测命令，注意词典名称需要加后缀"word_to_id", 此文件是预处理阶段生成的。

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    python infer.py --infer_epoch --test_dir data/test_mid_dir --dict_path data/test_build_dict_word_to_id_ --batch_size 20000 --model_dir v1_cpu5_b100_lr1dir/  --start_index 0 --last_index 9

运行该预测命令, 可看到如下输出

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    ('start index: ', 0, ' last_index:', 9)
    ('vocab_size:', 63642)
    step:1 249
    epoch:0          acc:0.014
    step:1 590
    epoch:1          acc:0.033
    step:1 982
    epoch:2          acc:0.055
    step:1 1338
    epoch:3          acc:0.075
    step:1 1653
    epoch:4          acc:0.093
    step:1 1914
    epoch:5          acc:0.107
    step:1 2204
    epoch:6          acc:0.124
    step:1 2416
    epoch:7          acc:0.136
    step:1 2606
    epoch:8          acc:0.146
    step:1 2722
    epoch:9          acc:0.153

## 量化`基于skip-gram的word2vector模型`

量化配置为:

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    config = {
            'params_name': 'emb',
            'quantize_type': 'abs_max'
            }

运行命令为：

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    python infer.py --infer_epoch --test_dir data/test_mid_dir --dict_path data/test_build_dict_word_to_id_ --batch_size 20000 --model_dir v1_cpu5_b100_lr1dir/  --start_index 0 --last_index 9 --emb_quant True

运行输出为:

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    ('start index: ', 0, ' last_index:', 9)
    ('vocab_size:', 63642)
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 253
    epoch:0          acc:0.014
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 586
    epoch:1          acc:0.033
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 970
    epoch:2          acc:0.054
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 1364
    epoch:3          acc:0.077
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 1642
    epoch:4          acc:0.092
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 1936
    epoch:5          acc:0.109
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 2216
    epoch:6          acc:0.124
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 2419
    epoch:7          acc:0.136
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 2603
    epoch:8          acc:0.146
    quant_embedding config {'quantize_type': 'abs_max', 'params_name': 'emb', 'quantize_bits': 8, 'dtype': 'int8'}
    step:1 2719
    epoch:9          acc:0.153

量化后的模型保存在`./output_quant`中，可看到量化后的参数`'emb.int8'`的大小为3.9M, 在`./v1_cpu5_b100_lr1dir`中可看到量化前的参数`'emb'`的大小为16M。

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