keras系列︱利用fit_generator最小化显存占用比率/数据Batch化
本文主要参考两篇文献:
1、《深度学习theano/tensorflow多显卡多人使用问题集》
2、基于双向LSTM和迁移学习的seq2seq核心实体识别
运行机器学习算法时,很多人一开始都会有意无意将数据集默认直接装进显卡显存中,如果处理大型数据集(例如图片尺寸很大)或是网络很深且隐藏层很宽,也可能造成显存不足。
这个情况随着工作的深入会经常碰到,解决方法其实很多人知道,就是分块装入。以keras为例,默认情况下用fit方法载数据,就是全部载入。换用fit_generator方法就会以自己手写的方法用yield逐块装入。这里稍微深入讲一下fit_generator方法。
.
— fit_generator源码
def fit_generator(self, generator, samples_per_epoch, nb_epoch,
verbose=1, callbacks=[],
validation_data=None, nb_val_samples=None,
class_weight=None, max_q_size=10, **kwargs):
.
— generator 该怎么写?
其中generator参数传入的是一个方法,validation_data参数既可以传入一个方法也可以直接传入验证数据集,通常我们都可以传入方法。这个方法需要我们自己手写,伪代码如下:
def generate_batch_data_random(x, y, batch_size):
"""逐步提取batch数据到显存,降低对显存的占用"""
ylen = len(y)
loopcount = ylen // batch_size
while (True):
i = randint(0,loopcount)
yield x[i * batch_size:(i + 1) * batch_size], y[i * batch_size:(i + 1) * batch_size]
.
为什么推荐在自己写的方法中用随机呢?
- 因为fit方法默认shuffle参数也是True,fit_generator需要我们自己随机打乱数据。
- 另外,在方法中需要用while写成死循环,因为每个epoch不会重新调用方法,这个是新手通常会碰到的问题。
当然,如果原始数据已经随机打乱过,那么可以不在这里做随机处理。否则还是建议加上随机取数逻辑(如果数据集比较大则可以保证基本乱序输出)。深度学习中随机打乱数据是非常重要的,具体参见《深度学习Deep Learning》一书的8.1.3节:《Batch and Minibatch Algorithm》。(2017年5月25日补充说明)
.
调用示例:
model.fit_generator(self.generate_batch_data_random(x_train, y_train, batch_size),
samples_per_epoch=len(y_train)//batch_size*batch_size,
nb_epoch=epoch,
validation_data=self.generate_valid_data(x_valid, y_valid,batch_size),
nb_val_samples=(len(y_valid)//batch_size*batch_size),
verbose=verbose,
callbacks=[early_stopping])
这样就可以将对显存的占用压低了,配合第一部分的方法可以方便同时执行多程序。
.
来看看一个《基于双向LSTM和迁移学习的seq2seq核心实体识别》实战案例:
'''
gen_matrix实现从分词后的list来输出训练样本
gen_target实现将输出序列转换为one hot形式的目标
超过maxlen则截断,不足补0
'''
gen_matrix = lambda z: np.vstack((word2vec[z[:maxlen]], np.zeros((maxlen-len(z[:maxlen]), word_size))))
gen_target = lambda z: np_utils.to_categorical(np.array(z[:maxlen] + [0]*(maxlen-len(z[:maxlen]))), 5)
#从节省内存的角度,通过生成器的方式来训练
def data_generator(data, targets, batch_size):
idx = np.arange(len(data))
np.random.shuffle(idx)
batches = [idx[range(batch_size*i, min(len(data), batch_size*(i+1)))] for i in range(len(data)/batch_size+1)]
while True:
for i in batches:
xx, yy = np.array(map(gen_matrix, data[i])), np.array(map(gen_target, targets[i]))
yield (xx, yy)
batch_size = 1024
history = model.fit_generator(data_generator(d['words'], d['label'], batch_size), samples_per_epoch=len(d), nb_epoch=200)
model.save_weights('words_seq2seq_final_1.model')
延伸一:edwardlib/observations 规范数据导入、数据Batch化
def generator(array, batch_size):
"""Generate batch with respect to array's first axis."""
start = 0 # pointer to where we are in iteration
while True:
stop = start + batch_size
diff = stop - array.shape[0]
if diff <= 0:
batch = array[start:stop]
start += batch_size
else:
batch = np.concatenate((array[start:], array[:diff]))
start = diff
yield batch
To use it, simply write
from observations import cifar10
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = cifar10("~/data")
x_train_data = generator(x_train, 256)
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