Загрузите предварительно обученную сеть

Загрузите предварительно обученную сеть. Для получения информации о создании и обучении сети с остаточными связями для классификации изображений самостоятельно, смотрите, Обучают Остаточную Сеть для Классификации Изображений.

load('CIFARNet-20-16.mat','trainedNet');
net = trainedNet;

Можно использовать analyzeNetwork анализировать архитектуру нейронной сети для глубокого обучения.

analyzeNetwork(net)

Загрузка данных

Загрузите набор данных CIFAR-10 [1] путем выполнения кода ниже. Набор данных содержит 60 000 изображений. Каждое изображение находится 32 32 в размере и имеет три цветовых канала (RGB). Размер набора данных составляет 175 Мбайт. В зависимости от вашего интернет-соединения может занять время процесс загрузки.

datadir = tempdir;
downloadCIFARData(datadir);

Downloading CIFAR-10 dataset (175 MB). This can take a while...done.

Подготовка данных для калибровки и валидации

Загрузите обучение CIFAR-10 и протестируйте изображения как 4-D массивы. Набор обучающих данных содержит 50 000 изображений, и набор тестов содержит 10 000 изображений. Используйте тестовые изображения CIFAR-10 для сетевой валидации.

[XTrain,YTrain,XValidation,YValidation] = loadCIFARData(datadir);

Можно отобразить случайную выборку учебных изображений с помощью следующего кода.

figure;
idx = randperm(size(XTrain,4),20);
im = imtile(XTrain(:,:,:,idx),'ThumbnailSize',[96,96]);
imshow(im)

Создайте augmentedImageDatastore возразите, чтобы использовать для калибровки и валидации. Используйте 200 случайных изображений для калибровки и 50 случайных изображений для валидации.

inputSize = net.Layers(1).InputSize;

augimdsTrain = augmentedImageDatastore(inputSize,XTrain,YTrain);
augimdsCalibration = shuffle(augimdsTrain).subset(1:200);

augimdsValidation = augmentedImageDatastore(inputSize,XValidation,YValidation);
augimdsValidation = shuffle(augimdsValidation).subset(1:50);

Квантуйте сеть для развертывания графического процессора Используя приложение Deep Network Quantizer

Этот пример использует среду выполнения графического процессора. Чтобы узнать о продуктах, требуемых квантовать и развернуть нейронную сеть для глубокого обучения в среду графического процессора, смотрите Необходимые условия Рабочего процесса Квантования.

В Командном окне MATLAB® откройте приложение Deep Network Quantizer.

deepNetworkQuantizer

Выберите New> Quantize сеть. Приложение автоматически проверяет вашу среду выполнения.

В диалоговом окне выберите среду выполнения и сеть, чтобы квантовать от базового рабочего пространства. В данном примере выберите среду выполнения GPU и сеть DAG net.

В разделе Calibrate панели инструментов, под Калибровочными Данными, выбирают augmentedImageDatastore объект от базового рабочего пространства, содержащего калибровочные данные augimdsCalibration.

Нажмите Calibrate.

Deep Network Quantizer использует калибровочные данные, чтобы осуществить сеть и собрать информацию области значений для настраиваемых параметров в слоях сети.

Когда калибровка завершена, отображения приложения таблица, содержащая веса и смещения в свертке, а также полносвязные слоя сети и динамические диапазоны активаций во всех слоях сети с их минимальными и максимальными значениями во время калибровки. Справа от таблицы, гистограмм отображений приложения динамических диапазонов параметров. Серые области гистограмм указывают на данные, которые не могут быть представлены квантованным представлением. Для получения дополнительной информации о том, как интерпретировать эти гистограммы, смотрите Квантование Глубоких нейронных сетей.

В Квантовать столбце Слоя таблицы укажите, квантовать ли настраиваемые параметры в слое. Слои, которые не являются слоями свертки, не могут быть квантованы, и поэтому не могут быть выбраны. Слои, которые не квантуются, остаются в одинарной точности после квантования.

В разделе Validate панели инструментов, под Данными о Валидации, выбирают augmentedImageDatastore объект от базового рабочего пространства, содержащего данные о валидации, augimdsValidation.

В разделе Validate панели инструментов, в соответствии с Опциями Квантования, выбирают метрическую функцию, чтобы использовать для валидации. Приложение определяет метрическую функцию по умолчанию, чтобы использовать для валидации на основе типа сети, которую вы квантуете. Можно также добавить дополнительные пользовательские метрические функции, чтобы использовать для валидации. В данном примере введите имя пользовательской метрической функции hComputeAccuracy. Выберите Add, чтобы добавить hComputeAccuracy к списку метрических функций, доступных в приложении. Выберите hComputeAccuracy как метрическая функция, чтобы использовать для валидации. Эта пользовательская метрическая функция сравнивает предсказанную метку с основной истиной и возвращает лучшую 1 точность. Пользовательская метрическая функция должна быть на пути.

Нажмите Quantize и Validate.

Приложение квантует сеть и отображает сводные данные результатов валидации. Для этого набора изображений калибровки и валидации квантование сети приводит к 2%-му уменьшению в точности с 73%-м сокращением памяти настраиваемого параметра для набора 50 изображений валидации.

После квантования и проверения сети, можно экспортировать квантованную сеть или сгенерировать код. Чтобы экспортировать квантованную сеть, выберите Export> Export Quantizer, чтобы создать dlquantizer объект в базовом рабочем пространстве. Чтобы открыть приложение GPU Coder и сгенерировать код графического процессора от квантованной нейронной сети, выберите Export> Generate Code. Чтобы изучить, как сгенерировать код CUDA для квантованной глубокой сверточной нейронной сети с помощью GPU Coder, смотрите Генерацию кода для Квантованных Нейронных сетей для глубокого обучения.

Подтвердите эффективность квантованной сети Используя несколько метрических функций

Можно использовать несколько метрических функций, чтобы оценить эффективность квантованной сети одновременно при помощи dlquantizer функция.

Чтобы начаться, загрузите предварительно обученную сеть и данные, и подготовьте данные к калибровке и валидации, аналогичной описанному выше.

Создайте dlquantizer объект. Задайте сеть, чтобы квантовать и среда выполнения, чтобы использовать. Используйте calibrate функционируйте, чтобы осуществить сеть с демонстрационными входными параметрами от augimdsCalibration и соберите информацию области значений.

dq = dlquantizer(net,'ExecutionEnvironment','GPU');
calResults = calibrate(dq,augimdsCalibration)

calResults=72×5 table
          Optimized Layer Name           Network Layer Name    Learnables / Activations    MinValue     MaxValue
    _________________________________    __________________    ________________________    _________    ________

    {'convInp_reluInp_Weights'      }      {'reluInp'   }             "Weights"            -0.020545    0.01913 
    {'convInp_reluInp_Bias'         }      {'reluInp'   }             "Bias"                -0.54225     2.0243 
    {'S1U1_conv1_S1U1_relu1_Weights'}      {'S1U1_relu1'}             "Weights"             -0.58949     0.5883 
    {'S1U1_conv1_S1U1_relu1_Bias'   }      {'S1U1_relu1'}             "Bias"                -0.87623     1.9467 
    {'S1U1_conv2_relu11_Weights'    }      {'relu11'    }             "Weights"             -0.58679    0.39988 
    {'S1U1_conv2_relu11_Bias'       }      {'relu11'    }             "Bias"                -0.59824     1.8325 
    {'S1U2_conv1_S1U2_relu1_Weights'}      {'S1U2_relu1'}             "Weights"             -0.29821    0.33049 
    {'S1U2_conv1_S1U2_relu1_Bias'   }      {'S1U2_relu1'}             "Bias"                 -1.3102     2.0253 
    {'S1U2_conv2_relu12_Weights'    }      {'relu12'    }             "Weights"              -0.7149    0.48284 
    {'S1U2_conv2_relu12_Bias'       }      {'relu12'    }             "Bias"                -0.84685     1.6346 
    {'S1U3_conv1_S1U3_relu1_Weights'}      {'S1U3_relu1'}             "Weights"             -0.16697    0.15356 
    {'S1U3_conv1_S1U3_relu1_Bias'   }      {'S1U3_relu1'}             "Bias"                 -1.3796     2.1583 
    {'S1U3_conv2_relu13_Weights'    }      {'relu13'    }             "Weights"             -0.47026    0.60147 
    {'S1U3_conv2_relu13_Bias'       }      {'relu13'    }             "Bias"                 -1.0089     1.5606 
    {'S2U1_conv1_S2U1_relu1_Weights'}      {'S2U1_relu1'}             "Weights"             -0.14931    0.13792 
    {'S2U1_conv1_S2U1_relu1_Bias'   }      {'S2U1_relu1'}             "Bias"                 -1.8735     2.4623 
      ⋮

Задайте метрические функции в dlquantizationOptions объект. Используйте validate функция, чтобы квантовать настраиваемые параметры в слоях свертки сети и осуществить сеть. validate функционируйте использует метрические функции, заданные в dlquantizationOptions объект сравнить результаты сети до и после квантования. В данном примере используйте лучшую 1 точность, и лучшие 5 метрик точности используются, чтобы оценить эффективность сети.

dqOpts = dlquantizationOptions('MetricFcn',...
    {@(x)hComputeAccuracy(x,net,augimdsValidation), ...
    @(x)hComputeTop_5(x,net,augimdsValidation)});

validationResults = validate(dq,augimdsValidation,dqOpts)

validationResults = struct with fields:
       NumSamples: 50
    MetricResults: [1×2 struct]
       Statistics: [2×2 table]

Исследуйте MetricResults.Result поле валидации выход, чтобы видеть эффективность квантованной сети, как измерено каждой используемой метрической функцией.

validationResults.MetricResults.Result

ans=2×2 table
    NetworkImplementation    MetricOutput
    _____________________    ____________

     {'Floating-Point'}          0.98    
     {'Quantized'     }          0.96    

ans=2×2 table
    NetworkImplementation    MetricOutput
    _____________________    ____________

     {'Floating-Point'}           1      
     {'Quantized'     }           1      

validationResults.Statistics

ans=2×2 table
    NetworkImplementation    LearnableParameterMemory(bytes)
    _____________________    _______________________________

     {'Floating-Point'}                1.1113e+06           
     {'Quantized'     }                3.0057e+05           

Чтобы визуализировать калибровочную статистику, сначала сохраните dlquantizer объект dq.

save('dlquantObj.mat','dq')

Затем импортируйте dlquantizer объект dq в приложении Deep Network Quantizer путем выбора New> Import dlquantizer объект.

Сгенерируйте код CUDA

Сгенерируйте код CUDA® для квантованной глубокой сверточной нейронной сети.

Создайте функцию точки входа

Напишите функцию точки входа в MATLAB® что:

type('mynet_predict.m');

function out = mynet_predict(netFile, im)
    persistent net; 
    if isempty(net)
        net = coder.loadDeepLearningNetwork(netFile);
    end
    out = net.predict(im);
end

Постоянный объект mynet загружает DAGNetwork объект. Первый вызов функции точки входа создает и настраивает постоянный объект. Последующие вызовы функционального повторного использования тот же объект вызвать predict на входных параметрах, избегая восстановления и перезагрузки сетевого объекта.

Генерация кода при помощи codegen

Чтобы сконфигурировать настройки сборки, такие как имя выходного файла, местоположение и тип, вы создаете объекты настройки кодера. Чтобы создать объекты, используйте coder.gpuConfig функция. Например, при генерации MEX CUDA с помощью codegen команды, используйте cfg = coder.gpuConfig('mex').

Чтобы задать параметры генерации кода для cuDNN, установите DeepLearningConfig свойство к coder.CuDNNConfig возразите, что вы создаете при помощи coder.DeepLearningConfig.

Задайте местоположение файла MAT, содержащего калибровочные данные.

Задайте точность расчетов вывода в поддерживаемых слоях при помощи DataType свойство. Для 8-битных целых чисел используйте 'int8'. Точность Int8 требует, чтобы графический процессор CUDA с вычислил возможность 6,1, 6.3, или выше. Используйте ComputeCapability свойство gpuConfig объект установить соответствующее вычисляет значение возможности.

cfg = coder.gpuConfig('mex');
cfg.TargetLang = 'C++';
cfg.DeepLearningConfig = coder.DeepLearningConfig('cudnn');
cfg.DeepLearningConfig.DataType = 'int8';
cfg.DeepLearningConfig.CalibrationResultFile = 'dlquantObj.mat';
netFile = 'mynet.mat';
save(netFile,'net');

Запустите codegen команда. codegen команда генерирует код CUDA от mynet_predict.m функция точки входа.

codegen -config cfg mynet_predict -args {coder.Constant(netFile), ones(inputSize, 'single')} -report

Когда генерация кода успешна, можно просмотреть получившийся отчет генерации кода путем нажатия на View Report в командном окне MATLAB. Отчет отображен в окне Report Viewer. Если генератор кода обнаруживает ошибки или предупреждения во время генерации кода, отчет описывает проблемы и обеспечивает ссылки на проблематичный код MATLAB. См. Отчеты Генерации кода.

Ссылки

[1] Krizhevsky, Алекс. 2009. "Изучая Несколько Слоев Функций от Крошечных Изображений". https://www.cs.toronto.edu / ~ kriz/learning-features-2009-TR.pdf