欢迎访问 生活随笔!

生活随笔

当前位置: 首页 > 编程资源 > 编程问答 >内容正文

编程问答

caffe 导读

发布时间:2025/7/25 编程问答 49 豆豆
生活随笔 收集整理的这篇文章主要介绍了 caffe 导读 小编觉得挺不错的,现在分享给大家,帮大家做个参考.

1 路线图

【Caffe是什么?】

Caffe是一个深度学习框架,以代码整洁、可读性强、运行速度快著称。代码地址为:https://github.com/BVLC/caffe

【博客目的】

从接触Caffe、编译运行、阅读代码、修改代码一路走来,学习到不少内容,包括深度学习理论,卷积神经网络算法实现,数学库MKL,计算机视觉库OpenCV,C++模板类使用,CUDA程序编写……

本博客目的是为初学者清除代码阅读中的障碍,结合官网文档、融入个人理解、注重动手实践。

【如何开始】

在开始阅读Caffe代码之前,应该做好下面几件事:

(1)下载Caffe源码;

(2)配置开发环境(安装CUDA、OpenCV、boost、leveldb、lmdb、Python等,安装步骤参考http://blog.csdn.net/Real_Myth/article/details/42672381?locationNum=5);

(3)编译;

(4)运行例子(如MNIST、CIFAR10、ImageNet等);

【路线图】

(1)Caffe源码阅读路线图应该是从CAFFE_ROOT/src/caffe/proto/caffe.proto开始,了解各类数据结构,主要是内存对象和序列化磁盘文件的一一对应关系,知道如何从磁盘Load一个对象到内存,以及如何将内存对象Save到磁盘,中间的过程实现都是由Protobuf自动完成的。

(2)第二步就是看头文件,不用急于去看cpp文件,先理解整个框架。Caffe中类数目众多,但脉络十分清晰。在Testing时,最外层的类是Caffe::Net,包含了多个Caffe::Layer对象,而Layer对象派生出神经网络多种不同层的类(DataLayer, ConvolutionLayer, InnerProductionLayer, AccurancyLayer等),每层会有相应的输入输出(Blob对象)以及层的参数(可选,Blob对象);Blob中包括了SyncedMemory对象,统一了CPU和GPU存储器。自顶向下去看这些类,结合理论知识很容易掌握使用方法。

(3)第三步就是有针对性地去看cpp和cu文件了。一般而言,Caffe框架不需要修改,只需要增加新的层实现即可。例如你想自己实现卷积层,只需从ConvolutionLayer派生一个新类MyConvolutionLayer,然后将几个虚函数改成自己的实现即可。所以这一阶段关注点在算法上,而不是源码本身。

(4)第四步就很自由了,可以编写各类工具,集成到Caffe内部。在CAFFE_ROOT/tools/下面有很多实用工具,可以根据需要修改。例如从训练好的模型中抽取参数进行可视化可以用Python结合matplot实现。

(5)接下来,如果想更深层次学习,最好是自己重新写一遍Caffe(时间充裕的情况)。跳出现有的框架,重新构建自己的框架,通过对比就能学到更多内容。


2 Protobuf

Protobuf是一种可以实现内存与外存交换的协议接口。这是由谷歌开发的开源工具,目前研究Caffe源码时用到。

一个软件项目 = 数据结构 + 算法 + 参数,对于数据结构和算法我们都已经有较多研究,但不同开发者对参数管理却各有千秋。有人喜欢TXT格式化的参数文件,有人喜欢BIN简单高效,也有人喜欢图形化界面的直观。不一致的参数管理带来很多问题,例如一个项目组内不同成员必须约定一套统一的参数方案,或者称为通信协议,这样便于模块集成。而Protobuf工具就完美解决了这个问题,关键部分代码自动生成,节省了大量的开发、调试时间。


首先下载protobuf,地址(打不开?……不解释)

这里用Linux版本2.5.0

解压:

tar zxvf protobuf-2.5.0.tar.gz

切到主目录:

cd protobuf-2.5.0

编译:

./configure

make

sudo make install


添加环境变量:

export PKG_CONFIG_PATH=$(pwd)


编译examples:

cd examples/

make cpp

这里我们只编译C++代码。


编译完成,生成了以下可执行文件:

add_person_cpp

list_people_cpp

这是个通讯录的例子。我们首先运行add_person_cpp:

[plain] view plain copy  print?
  • ./add_person_cpp zyk  
  • zyk: File not found.  Creating a new file.  
  • Enter person ID number: 123  
  • Enter name: zhaoyongke  
  • Enter email address (blank for none): zhaoyongke@yeah.net  
  • Enter a phone number (or leave blank to finish): 188188188  
  • Is this a mobile, home, or work phone?(回车)  
  • Unknown phone type.  Using default.  
  • Enter a phone number (or leave blank to finish):(回车)  

  • 然后运行list_people_cpp:

    [plain] view plain copy  print?
  • ./list_people_cpp zyk  
  • Person ID: 123  
  •   Name: zhaoyongke  
  •   E-mail address: zhaoyongke@yeah.net  
  •   Home phone #: 188188188  

  • 可见我们生成了新的通讯录zyk,里面保存了相应的信息。


    例子运行结束了,我们看下代码是如何生成的。

    protobuf使用前,先编写proto文件,这是描述我们需要配置参数的数据结构。这个例子里面的proto如下:

    [plain] view plain copy  print?
  • // See README.txt for information and build instructions.  
  •   
  • package tutorial;  
  •   
  • option java_package = "com.example.tutorial";  
  • option java_outer_classname = "AddressBookProtos";  
  •   
  • message Person {  
  •   required string name = 1;  
  •   required int32 id = 2;        // Unique ID number for this person.  
  •   optional string email = 3;  
  •   
  •   enum PhoneType {  
  •     MOBILE = 0;  
  •     HOME = 1;  
  •     WORK = 2;  
  •   }  
  •   
  •   message PhoneNumber {  
  •     required string number = 1;  
  •     optional PhoneType type = 2 [default = HOME];  
  •   }  
  •   
  •   repeated PhoneNumber phone = 4;  
  • }  
  •   
  • // Our address book file is just one of these.  
  • message AddressBook {  
  •   repeated Person person = 1;  
  • }  

  • 前几行是定义包的,可以忽略。

    message Person{...}定义了一个需要传输的参数结构体,可见包括这么几个单元:name(string类型)、id(int32类型)、email(string类型)、phone(PhoneNumber类型,嵌套在Person内的类)。前面标记为“required”是必须有值的,而“optional“则为可选项,”repeated“表示后面单元为相同类型的一组向量。


    有了如上定义,我们可以用protobuf工具生成接口代码,命令如下:

    [plain] view plain copy  print?
  • protoc --cpp_out=.  addressbook.proto  

  • 运行后生成了两个文件:addressbook.pb.cc 和addressbook.pb.h,代码比较长就不贴了。我们的应用程序可以通过自动生成的接口实现参数的序列化/反序列化,代码如下:

    [cpp] view plain copy  print?
  • //add_person.c  
  • #include <iostream>  
  • #include <fstream>  
  • #include <string>  
  • #include "addressbook.pb.h"  
  • using namespace std;  
  •   
  • // This function fills in a Person message based on user input.  
  • void PromptForAddress(tutorial::Person* person) {  
  •   cout << "Enter person ID number: ";  
  •   int id;  
  •   cin >> id;  
  •   person->set_id(id);  
  •   cin.ignore(256, '\n');  
  •   
  •   cout << "Enter name: ";  
  •   getline(cin, *person->mutable_name());  
  •   
  •   cout << "Enter email address (blank for none): ";  
  •   string email;  
  •   getline(cin, email);  
  •   if (!email.empty()) {  
  •     person->set_email(email);  
  •   }  
  •   
  •   while (true) {  
  •     cout << "Enter a phone number (or leave blank to finish): ";  
  •     string number;  
  •     getline(cin, number);  
  •     if (number.empty()) {  
  •       break;  
  •     }  
  •   
  •     tutorial::Person::PhoneNumber* phone_number = person->add_phone();  
  •     phone_number->set_number(number);  
  •   
  •     cout << "Is this a mobile, home, or work phone? ";  
  •     string type;  
  •     getline(cin, type);  
  •     if (type == "mobile") {  
  •       phone_number->set_type(tutorial::Person::MOBILE);  
  •     } else if (type == "home") {  
  •       phone_number->set_type(tutorial::Person::HOME);  
  •     } else if (type == "work") {  
  •       phone_number->set_type(tutorial::Person::WORK);  
  •     } else {  
  •       cout << "Unknown phone type.  Using default." << endl;  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • // Main function:  Reads the entire address book from a file,  
  • //   adds one person based on user input, then writes it back out to the same  
  • //   file.  
  • int main(int argc, char* argv[]) {  
  •   // Verify that the version of the library that we linked against is  
  •   // compatible with the version of the headers we compiled against.  
  •   GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION;  
  •   
  •   
  •   if (argc != 2) {  
  •     cerr << "Usage:  " << argv[0] << " ADDRESS_BOOK_FILE" << endl;  
  •     return -1;  
  •   }  
  •   
  •   
  •   tutorial::AddressBook address_book;  
  •   
  •   
  •   {  
  •     // Read the existing address book.  
  •     fstream input(argv[1], ios::in | ios::binary);  
  •     if (!input) {  
  •       cout << argv[1] << ": File not found.  Creating a new file." << endl;  
  •     } else if (!address_book.ParseFromIstream(&input)) {  
  •       cerr << "Failed to parse address book." << endl;  
  •       return -1;  
  •     }  
  •   }  
  •   
  •   
  •   // Add an address.  
  •   PromptForAddress(address_book.add_person());  
  •   
  •   
  •   {  
  •     // Write the new address book back to disk.  
  •     fstream output(argv[1], ios::out | ios::trunc | ios::binary);  
  •     if (!address_book.SerializeToOstream(&output)) {  
  •       cerr << "Failed to write address book." << endl;  
  •       return -1;  
  •     }  
  •   }  
  •   
  •   
  •   // Optional:  Delete all global objects allocated by libprotobuf.  
  •   google::protobuf::ShutdownProtobufLibrary();  
  •   
  •   
  •   return 0;  
  • }  

  • 可见只需要调用addressbook.pb.h中声明的tutorial::AddressBook类、Person类中的接口(add_person(), add_phone(), set_number(), set_email()等)就能操作相应的参数,最后将内存中的参数序列化为文件只需要执行SerializeToOstream()。相应的读取参数文件的操作为ParseFromIstream()。这里贴出例子中的第二个程序如下:

    [cpp] view plain copy  print?
  • // list_people.c  
  •   
  • #include <iostream>  
  • #include <fstream>  
  • #include <string>  
  • #include "addressbook.pb.h"  
  • using namespace std;  
  •   
  • // Iterates though all people in the AddressBook and prints info about them.  
  • void ListPeople(const tutorial::AddressBook& address_book) {  
  •   for (int i = 0; i < address_book.person_size(); i++) {  
  •     const tutorial::Person& person = address_book.person(i);  
  •   
  •     cout << "Person ID: " << person.id() << endl;  
  •     cout << "  Name: " << person.name() << endl;  
  •     if (person.has_email()) {  
  •       cout << "  E-mail address: " << person.email() << endl;  
  •     }  
  •   
  •     for (int j = 0; j < person.phone_size(); j++) {  
  •       const tutorial::Person::PhoneNumber& phone_number = person.phone(j);  
  •   
  •       switch (phone_number.type()) {  
  •         case tutorial::Person::MOBILE:  
  •           cout << "  Mobile phone #: ";  
  •           break;  
  •         case tutorial::Person::HOME:  
  •           cout << "  Home phone #: ";  
  •           break;  
  •         case tutorial::Person::WORK:  
  •           cout << "  Work phone #: ";  
  •           break;  
  •       }  
  •       cout << phone_number.number() << endl;  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  •   
  • // Main function:  Reads the entire address book from a file and prints all  
  • //   the information inside.  
  • int main(int argc, char* argv[]) {  
  •   // Verify that the version of the library that we linked against is  
  •   // compatible with the version of the headers we compiled against.  
  •   GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION;  
  •   
  •   if (argc != 2) {  
  •     cerr << "Usage:  " << argv[0] << " ADDRESS_BOOK_FILE" << endl;  
  •     return -1;  
  •   }  
  •   
  •   tutorial::AddressBook address_book;  
  •   
  •   {  
  •     // Read the existing address book.  
  •     fstream input(argv[1], ios::in | ios::binary);  
  •     if (!address_book.ParseFromIstream(&input)) {  
  •       cerr << "Failed to parse address book." << endl;  
  •       return -1;  
  •     }  
  •   }  
  •   
  •   ListPeople(address_book);  
  •   
  •   // Optional:  Delete all global objects allocated by libprotobuf.  
  •   google::protobuf::ShutdownProtobufLibrary();  
  •   
  •   return 0;  
  • }  

  • 相信做完这个实验,你将不再对Caffe代码中的参数初始化、参数保存操作感到陌生,一切都很自然。

     除了上述简单功能,Protobuf还可以用来传递不同语言(C/C++与Java、Python)之间的参数,省去了自己手动维护数据结构的繁琐工作。也可以支持客户端/服务器模式,在主机/从机之间传递参数。


    3 LMDB

    闪电般的内存映射型数据库管理(LMDB)

    简介

    LMDB是基于二叉树的数据库管理库,建模基于伯克利数据库的应用程序接口,但做了大幅精简。整个数据库都是内存映射型的,所有数据获取返回数据都是直接从映射的内存中返回,所以获取数据时没有malloc或memcpy发生。因此该数据库仍是非常简单的,因为它不需要自己的页面缓存层,并且非常高效、省内存。它在语义上完全符合ACID(原子性、一致性、隔离性、持久性)。当内存映射为只读时,数据库完整性不会被应用程序的迷失指针写破坏。

     

    该库也是线程可见的,支持来自多进程/线程的并发读/写访问。数据页使用写时复制策略,故没有活动数据页被覆盖写入。这也提供了保护机制,经历系统崩溃后不需要特殊恢复过程。写入过程为完全串行的;一次只有一个写会话是活动的,这保证了写入者不可能死锁。数据库结构是多个版本,所以读出者运行时不加锁。写入这不会阻塞读出者,读出者也不会阻塞写入者。

     

    不像其他熟知的数据库机制(使用写前会话日志或数据仅追加写),LMDB操作时不需要保持会话。前面两种都需要周期性地检查或者压缩他们的日志或数据库文件,否则会无限增长。LMDB记录数据库内的空页面,在新的写入操作时重用他们,所以正常使用时数据库尺寸不会无限增加。

     

    内存映射可以用作只读映射或读写映射。默认为只读映射,这提供了对破坏完全的免疫力。使用读写模式提供了更高的写性能,但增加了被恶意写入破坏数据库的可能性。当然如果你的应用代码是已知无bug的,那么这不是个严重的问题。


    4 Level DB

    Caffe自带例子Cifar10中使用leveldb存储输入数据,为此我们研究一下怎样使用它。安装步骤可以参考http://blog.csdn.net/kangqing2003/article/details/6658345


    Leveldb库提供了一种持续的键值对存储方式。键和值可以为任意字节数组。键存储顺序可由用户定义的比较函数决定。

    打开一个数据库


    Leveldb数据库有个与文件系统目录相对应的名字。数据库的所有内容都保存在这个目录中。下面例子展示了怎样打开一个数据库,必要时创建它:


    [cpp] view plain copy  print?
  • #include <assert>  
  • #include "leveldb/db.h"  
  •   
  • leveldb::DB* db;  
  • leveldb::Options options;  
  • options.create_if_missing = true;  
  • leveldb::Status status = leveldb::DB::Open(options,"/tmp/testdb", &db);  
  • assert(status.ok());  

  • 如果你想在数据库已经存在情况下报错,只需要在leveldb::DB::Open调用前增加以下代码

    [cpp] view plain copy  print?
  • options.error_if_exists = true;  

  • 状态

    你可能注意到了上面的leveldb::Status类型。Leveldb中大多数可能遇到错误的函数返回该类型的值。你可以检查返回值是否为ok,必要时可打印相应的错误信息:

    [cpp] view plain copy  print?
  • leveldb::Status s = ...;  
  •  if(!s.ok()) cerr << s.ToString() << endl;  

  • 关闭数据库

    当你操作完一个数据库,只需delete掉数据库对象。例子:

    [cpp] view plain copy  print?
  • ...open the db as described above ...  
  • ... dosomething with db ...  
  • deletedb;  

  • 读和写

    数据库提供Put,Delete和Get方法来修改/检索数据库。例如,下面代码将key1键下的值value移动到key2键下:

    [cpp] view plain copy  print?
  • std::string value;  
  • leveldb::Status s = db->Get(leveldb::ReadOptions(), key1,&value);  
  •  if(s.ok()) s = db->Put(leveldb::WriteOptions(), key2, value);  
  •  if(s.ok()) s = db->Delete(leveldb::WriteOptions(), key1);  

  • 原子更新

    注意到如果进程在key2 Put操作后、key1 delete操作前终止,那么相同的值value可能留存在多个键下。这类问题可以使用WriteBatch类避免,该类可以原子地应用一系列更新:

    [cpp] view plain copy  print?
  • #include "leveldb/write_batch.h"  
  •  ...  
  • std::string value;  
  • leveldb::Status s = db->Get(leveldb::ReadOptions(), key1,&value);  
  •  if(s.ok()) {  
  •   leveldb::WriteBatch batch;  
  •   batch.Delete(key1);  
  •   batch.Put(key2, value);  
  •    s =db->Write(leveldb::WriteOptions(), &batch);  
  •  }  

  • WriteBatch持有一系列针对数据库的编辑操作,这些操作将在一个batch内顺序执行。注意到我们在Put前调用Delete,这样如果key1恰好等于key2时,最终我们不会错误地丢掉整个value。

    除了原子操作的优点,WriteBatch也可以用于加速批量更新操作,只需要将大量独立的改动操作放到同一个batch中。

    同步写

    默认情况下,每次写到leveldb都是异步的:进程一旦将写操作推送给操作系统就返回。操作系统内存到非易失存储的传输将异步发生。在某次写入中可将标志位sync使能,这样会使写操作直到数据写入非易失存储后才返回。(在采用了Posix的系统中,写操作返回前调用fsync(), fdatasync(),msync(…,MS_SYNC))。

    [cpp] view plain copy  print?
  • leveldb::WriteOptions write_options;  
  • write_options.sync = true;  
  • db->Put(write_options, ...);  

  • 5 数据集准备

    Caffe上面有两个比较简单的例子:MNIST和CIFAR-10,前者是用于手写数字识别的,后者用于小图片分类。这两个数据集可以在Caffe源码框架中用脚本(CAFFE_ROOT/data/mnist/get_mnist.sh和CAFFE_ROOT/data/cifar10/get_cifar10.sh)下载,如下图所示:

    [plain] view plain copy  print?
  • $ ./get_cifar10.sh  
  • Downloading...  
  • --2014-12-02 01:20:12--  http://www.cs.toronto.edu/~kriz/cifar-10-binary.tar.gz  
  • Resolving www.cs.toronto.edu... 128.100.3.30  
  • Connecting to www.cs.toronto.edu|128.100.3.30|:80... connected.  
  • HTTP request sent, awaiting response... 200 OK  
  • Length: 170052171 (162M) [application/x-gzip]  
  • Saving to: “cifar-10-binary.tar.gz”  
  •   
  •   
  • 100%[===========================================================================================================================================================>] 170,052,171  859K/s   in 2m 16s  
  •   
  •   
  • 2014-12-02 01:22:28 (1.20 MB/s) - “cifar-10-binary.tar.gz” saved [170052171/170052171]  
  •   
  •   
  • Unzipping...  
  • Done.  
  • $ ls  
  • batches.meta.txt  data_batch_1.bin  data_batch_2.bin  data_batch_3.bin  data_batch_4.bin  data_batch_5.bin  get_cifar10.sh  readme.html  test_batch.bin  
  • [plain] view plain copy  print?
  • $ ./get_mnist.sh  
  • Downloading...  
  • --2014-12-02 01:24:25--  http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-images-idx3-ubyte.gz  
  • Resolving yann.lecun.com... 128.122.47.89  
  • Connecting to yann.lecun.com|128.122.47.89|:80... connected.  
  • HTTP request sent, awaiting response... 200 OK  
  • Length: 9912422 (9.5M) [application/x-gzip]  
  • Saving to: “train-images-idx3-ubyte.gz”  
  •   
  •   
  • 100%[===========================================================================================================================================================>] 9,912,422   2.09M/s   in 6.7s  
  •   
  •   
  • 2014-12-02 01:24:33 (1.42 MB/s) - “train-images-idx3-ubyte.gz” saved [9912422/9912422]  
  •   
  •   
  • --2014-12-02 01:24:33--  http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-labels-idx1-ubyte.gz  
  • Resolving yann.lecun.com... 128.122.47.89  
  • Connecting to yann.lecun.com|128.122.47.89|:80... connected.  
  • HTTP request sent, awaiting response... 200 OK  
  • Length: 28881 (28K) [application/x-gzip]  
  • Saving to: “train-labels-idx1-ubyte.gz”  
  •   
  •   
  • 100%[===========================================================================================================================================================>] 28,881      42.0K/s   in 0.7s  
  •   
  •   
  • 2014-12-02 01:24:34 (42.0 KB/s) - “train-labels-idx1-ubyte.gz” saved [28881/28881]  
  •   
  •   
  • --2014-12-02 01:24:34--  http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-images-idx3-ubyte.gz  
  • Resolving yann.lecun.com... 128.122.47.89  
  • Connecting to yann.lecun.com|128.122.47.89|:80... connected.  
  • HTTP request sent, awaiting response... 200 OK  
  • Length: 1648877 (1.6M) [application/x-gzip]  
  • Saving to: “t10k-images-idx3-ubyte.gz”  
  •   
  •   
  • 100%[===========================================================================================================================================================>] 1,648,877    552K/s   in 2.9s  
  •   
  •   
  • 2014-12-02 01:24:39 (552 KB/s) - “t10k-images-idx3-ubyte.gz” saved [1648877/1648877]  
  •   
  •   
  • --2014-12-02 01:24:39--  http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-labels-idx1-ubyte.gz  
  • Resolving yann.lecun.com... 128.122.47.89  
  • Connecting to yann.lecun.com|128.122.47.89|:80... connected.  
  • HTTP request sent, awaiting response... 200 OK  
  • Length: 4542 (4.4K) [application/x-gzip]  
  • Saving to: “t10k-labels-idx1-ubyte.gz”  
  •   
  •   
  • 100%[===========================================================================================================================================================>] 4,542       19.8K/s   in 0.2s  
  •   
  •   
  • 2014-12-02 01:24:40 (19.8 KB/s) - “t10k-labels-idx1-ubyte.gz” saved [4542/4542]  
  •   
  •   
  • Unzipping...  
  • Done.  
  • $ ls  
  • get_mnist.sh  t10k-images-idx3-ubyte  t10k-labels-idx1-ubyte  train-images-idx3-ubyte  train-labels-idx1-ubyte  

  • 如果你下载出现问题可以从我的资源处获取,网址http://download.csdn.net/detail/kkk584520/8213463。

    原始数据集为二进制文件,需要转换为leveldb或lmdb才能被Caffe识别。转换格式的工具已经集成在Caffe代码中,见CAFFE_ROOT/examples/mnist/convert_mnist_data.cpp

    和CAFFE_ROOT/examples/cifar10/convert_cifar_data.cpp,如果对leveldb或lmdb操作不熟悉可以从这两个源代码中学习。我们只需要在CAFFE_ROOT目录中执行两条命令即可:

    ./examples/mnist/create_mnist.sh

    ./examples/cifar10/create_cifar10.sh



    对数据集进行Testing


    上一篇介绍了如何准备数据集,做好准备之后我们先看怎样对训练好的模型进行Testing。


    先用手写体识别例子,MNIST是数据集(包括训练数据和测试数据),深度学习模型采用LeNet(具体介绍见http://yann.lecun.com/exdb/lenet/),由Yann LeCun教授提出。


    如果你编译好了Caffe,那么在CAFFE_ROOT下运行如下命令:


    [plain] view plain copy  print?
  • $ ./build/tools/caffe.bin test -model=examples/mnist/lenet_train_test.prototxt -weights=examples/mnist/lenet_iter_10000.caffemodel -gpu=0  

  • 就可以实现Testing。参数说明如下:

    test:表示对训练好的模型进行Testing,而不是training。其他参数包括train, time, device_query。

    -model=XXX:指定模型prototxt文件,这是一个文本文件,详细描述了网络结构和数据集信息。我用的prototxt内容如下:

    [plain] view plain copy  print?
  • name: "LeNet"  
  • layers {  
  •   name: "mnist"  
  •   type: DATA  
  •   top: "data"  
  •   top: "label"  
  •   data_param {  
  •     source: "examples/mnist/mnist_train_lmdb"  
  •     backend: LMDB  
  •     batch_size: 64  
  •   }  
  •   transform_param {  
  •     scale: 0.00390625  
  •   }  
  •   include: { phase: TRAIN }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "mnist"  
  •   type: DATA  
  •   top: "data"  
  •   top: "label"  
  •   data_param {  
  •     source: "examples/mnist/mnist_test_lmdb"  
  •     backend: LMDB  
  •     batch_size: 100  
  •   }  
  •   transform_param {  
  •     scale: 0.00390625  
  •   }  
  •   include: { phase: TEST }  
  • }  
  •   
  • layers {  
  •   name: "conv1"  
  •   type: CONVOLUTION  
  •   bottom: "data"  
  •   top: "conv1"  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   convolution_param {  
  •     num_output: 20  
  •     kernel_size: 5  
  •     stride: 1  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "pool1"  
  •   type: POOLING  
  •   bottom: "conv1"  
  •   top: "pool1"  
  •   pooling_param {  
  •     pool: MAX  
  •     kernel_size: 2  
  •     stride: 2  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "conv2"  
  •   type: CONVOLUTION  
  •   bottom: "pool1"  
  •   top: "conv2"  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   convolution_param {  
  •     num_output: 50  
  •     kernel_size: 5  
  •     stride: 1  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "pool2"  
  •   type: POOLING  
  •   bottom: "conv2"  
  •   top: "pool2"  
  •   pooling_param {  
  •     pool: MAX  
  •     kernel_size: 2  
  •     stride: 2  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "ip1"  
  •   type: INNER_PRODUCT  
  •   bottom: "pool2"  
  •   top: "ip1"  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   inner_product_param {  
  •     num_output: 500  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "relu1"  
  •   type: RELU  
  •   bottom: "ip1"  
  •   top: "ip1"  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "ip2"  
  •   type: INNER_PRODUCT  
  •   bottom: "ip1"  
  •   top: "ip2"  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   inner_product_param {  
  •     num_output: 10  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "accuracy"  
  •   type: ACCURACY  
  •   bottom: "ip2"  
  •   bottom: "label"  
  •   top: "accuracy"  
  •   include: { phase: TEST }  
  • }  
  • layers {  
  •   name: "loss"  
  •   type: SOFTMAX_LOSS  
  •   bottom: "ip2"  
  •   bottom: "label"  
  •   top: "loss"  
  • }  

  • 里面定义的网络结构如下图所示:



    -weights=XXX:指定训练好的caffemodel二进制文件。如果你手头没有训练好的可以下载这个(http://download.csdn.net/detail/kkk584520/8219443)。

    -gpu=0:指定在GPU上运行,GPUID=0。如果你没有GPU就去掉这个参数,默认在CPU上运行。


    运行输出如下:

    [plain] view plain copy  print?
  • I1203 18:47:00.073052  4610 caffe.cpp:134] Use GPU with device ID 0  
  • I1203 18:47:00.367065  4610 net.cpp:275] The NetState phase (1) differed from the phase (0) specified by a rule in layer mnist  
  • I1203 18:47:00.367269  4610 net.cpp:39] Initializing net from parameters:   
  • name: "LeNet"  
  • layers {  
  •   top: "data"  
  •   top: "label"  
  •   name: "mnist"  
  •   type: DATA  
  •   data_param {  
  •     source: "examples/mnist/mnist_test_lmdb"  
  •     batch_size: 100  
  •     backend: LMDB  
  •   }  
  •   include {  
  •     phase: TEST  
  •   }  
  •   transform_param {  
  •     scale: 0.00390625  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "data"  
  •   top: "conv1"  
  •   name: "conv1"  
  •   type: CONVOLUTION  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   convolution_param {  
  •     num_output: 20  
  •     kernel_size: 5  
  •     stride: 1  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "conv1"  
  •   top: "pool1"  
  •   name: "pool1"  
  •   type: POOLING  
  •   pooling_param {  
  •     pool: MAX  
  •     kernel_size: 2  
  •     stride: 2  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "pool1"  
  •   top: "conv2"  
  •   name: "conv2"  
  •   type: CONVOLUTION  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   convolution_param {  
  •     num_output: 50  
  •     kernel_size: 5  
  •     stride: 1  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "conv2"  
  •   top: "pool2"  
  •   name: "pool2"  
  •   type: POOLING  
  •   pooling_param {  
  •     pool: MAX  
  •     kernel_size: 2  
  •     stride: 2  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "pool2"  
  •   top: "ip1"  
  •   name: "ip1"  
  •   type: INNER_PRODUCT  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   inner_product_param {  
  •     num_output: 500  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "ip1"  
  •   top: "ip1"  
  •   name: "relu1"  
  •   type: RELU  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "ip1"  
  •   top: "ip2"  
  •   name: "ip2"  
  •   type: INNER_PRODUCT  
  •   blobs_lr: 1  
  •   blobs_lr: 2  
  •   inner_product_param {  
  •     num_output: 10  
  •     weight_filler {  
  •       type: "xavier"  
  •     }  
  •     bias_filler {  
  •       type: "constant"  
  •     }  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "ip2"  
  •   bottom: "label"  
  •   top: "accuracy"  
  •   name: "accuracy"  
  •   type: ACCURACY  
  •   include {  
  •     phase: TEST  
  •   }  
  • }  
  • layers {  
  •   bottom: "ip2"  
  •   bottom: "label"  
  •   top: "loss"  
  •   name: "loss"  
  •   type: SOFTMAX_LOSS  
  • }  
  • I1203 18:47:00.367391  4610 net.cpp:67] Creating Layer mnist  
  • I1203 18:47:00.367409  4610 net.cpp:356] mnist -> data  
  • I1203 18:47:00.367435  4610 net.cpp:356] mnist -> label  
  • I1203 18:47:00.367451  4610 net.cpp:96] Setting up mnist  
  • I1203 18:47:00.367571  4610 data_layer.cpp:68] Opening lmdb examples/mnist/mnist_test_lmdb  
  • I1203 18:47:00.367609  4610 data_layer.cpp:128] output data size: 100,1,28,28  
  • I1203 18:47:00.367832  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 1 28 28 (78400)  
  • I1203 18:47:00.367849  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 1 1 1 (100)  
  • I1203 18:47:00.367863  4610 net.cpp:67] Creating Layer label_mnist_1_split  
  • I1203 18:47:00.367873  4610 net.cpp:394] label_mnist_1_split <- label  
  • I1203 18:47:00.367892  4610 net.cpp:356] label_mnist_1_split -> label_mnist_1_split_0  
  • I1203 18:47:00.367908  4610 net.cpp:356] label_mnist_1_split -> label_mnist_1_split_1  
  • I1203 18:47:00.367919  4610 net.cpp:96] Setting up label_mnist_1_split  
  • I1203 18:47:00.367929  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 1 1 1 (100)  
  • I1203 18:47:00.367938  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 1 1 1 (100)  
  • I1203 18:47:00.367950  4610 net.cpp:67] Creating Layer conv1  
  • I1203 18:47:00.367959  4610 net.cpp:394] conv1 <- data  
  • I1203 18:47:00.367969  4610 net.cpp:356] conv1 -> conv1  
  • I1203 18:47:00.367982  4610 net.cpp:96] Setting up conv1  
  • I1203 18:47:00.392133  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 20 24 24 (1152000)  
  • I1203 18:47:00.392204  4610 net.cpp:67] Creating Layer pool1  
  • I1203 18:47:00.392217  4610 net.cpp:394] pool1 <- conv1  
  • I1203 18:47:00.392231  4610 net.cpp:356] pool1 -> pool1  
  • I1203 18:47:00.392247  4610 net.cpp:96] Setting up pool1  
  • I1203 18:47:00.392273  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 20 12 12 (288000)  
  • I1203 18:47:00.392297  4610 net.cpp:67] Creating Layer conv2  
  • I1203 18:47:00.392307  4610 net.cpp:394] conv2 <- pool1  
  • I1203 18:47:00.392318  4610 net.cpp:356] conv2 -> conv2  
  • I1203 18:47:00.392330  4610 net.cpp:96] Setting up conv2  
  • I1203 18:47:00.392669  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 50 8 8 (320000)  
  • I1203 18:47:00.392729  4610 net.cpp:67] Creating Layer pool2  
  • I1203 18:47:00.392756  4610 net.cpp:394] pool2 <- conv2  
  • I1203 18:47:00.392768  4610 net.cpp:356] pool2 -> pool2  
  • I1203 18:47:00.392781  4610 net.cpp:96] Setting up pool2  
  • I1203 18:47:00.392793  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 50 4 4 (80000)  
  • I1203 18:47:00.392810  4610 net.cpp:67] Creating Layer ip1  
  • I1203 18:47:00.392819  4610 net.cpp:394] ip1 <- pool2  
  • I1203 18:47:00.392832  4610 net.cpp:356] ip1 -> ip1  
  • I1203 18:47:00.392844  4610 net.cpp:96] Setting up ip1  
  • I1203 18:47:00.397348  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 500 1 1 (50000)  
  • I1203 18:47:00.397372  4610 net.cpp:67] Creating Layer relu1  
  • I1203 18:47:00.397382  4610 net.cpp:394] relu1 <- ip1  
  • I1203 18:47:00.397394  4610 net.cpp:345] relu1 -> ip1 (in-place)  
  • I1203 18:47:00.397407  4610 net.cpp:96] Setting up relu1  
  • I1203 18:47:00.397420  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 500 1 1 (50000)  
  • I1203 18:47:00.397434  4610 net.cpp:67] Creating Layer ip2  
  • I1203 18:47:00.397442  4610 net.cpp:394] ip2 <- ip1  
  • I1203 18:47:00.397456  4610 net.cpp:356] ip2 -> ip2  
  • I1203 18:47:00.397469  4610 net.cpp:96] Setting up ip2  
  • I1203 18:47:00.397532  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 10 1 1 (1000)  
  • I1203 18:47:00.397547  4610 net.cpp:67] Creating Layer ip2_ip2_0_split  
  • I1203 18:47:00.397557  4610 net.cpp:394] ip2_ip2_0_split <- ip2  
  • I1203 18:47:00.397565  4610 net.cpp:356] ip2_ip2_0_split -> ip2_ip2_0_split_0  
  • I1203 18:47:00.397583  4610 net.cpp:356] ip2_ip2_0_split -> ip2_ip2_0_split_1  
  • I1203 18:47:00.397593  4610 net.cpp:96] Setting up ip2_ip2_0_split  
  • I1203 18:47:00.397603  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 10 1 1 (1000)  
  • I1203 18:47:00.397611  4610 net.cpp:103] Top shape: 100 10 1 1 (1000)  
  • I1203 18:47:00.397622  4610 net.cpp:67] Creating Layer accuracy  
  • I1203 18:47:00.397631  4610 net.cpp:394] accuracy <- ip2_ip2_0_split_0  
  • I1203 18:47:00.397640  4610 net.cpp:394] accuracy <- label_mnist_1_split_0  
  • I1203 18:47:00.397650  4610 net.cpp:356] accuracy -> accuracy  
  • I1203 18:47:00.397661  4610 net.cpp:96] Setting up accuracy  
  • I1203 18:47:00.397673  4610 net.cpp:103] Top shape: 1 1 1 1 (1)  
  • I1203 18:47:00.397687  4610 net.cpp:67] Creating Layer loss  
  • I1203 18:47:00.397696  4610 net.cpp:394] loss <- ip2_ip2_0_split_1  
  • I1203 18:47:00.397706  4610 net.cpp:394] loss <- label_mnist_1_split_1  
  • I1203 18:47:00.397714  4610 net.cpp:356] loss -> loss  
  • I1203 18:47:00.397725  4610 net.cpp:96] Setting up loss  
  • I1203 18:47:00.397737  4610 net.cpp:103] Top shape: 1 1 1 1 (1)  
  • I1203 18:47:00.397745  4610 net.cpp:109]     with loss weight 1  
  • I1203 18:47:00.397776  4610 net.cpp:170] loss needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397785  4610 net.cpp:172] accuracy does not need backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397794  4610 net.cpp:170] ip2_ip2_0_split needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397801  4610 net.cpp:170] ip2 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397809  4610 net.cpp:170] relu1 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397816  4610 net.cpp:170] ip1 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397825  4610 net.cpp:170] pool2 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397832  4610 net.cpp:170] conv2 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397843  4610 net.cpp:170] pool1 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397851  4610 net.cpp:170] conv1 needs backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397860  4610 net.cpp:172] label_mnist_1_split does not need backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397867  4610 net.cpp:172] mnist does not need backward computation.  
  • I1203 18:47:00.397874  4610 net.cpp:208] This network produces output accuracy  
  • I1203 18:47:00.397884  4610 net.cpp:208] This network produces output loss  
  • I1203 18:47:00.397905  4610 net.cpp:467] Collecting Learning Rate and Weight Decay.  
  • I1203 18:47:00.397915  4610 net.cpp:219] Network initialization done.  
  • I1203 18:47:00.397923  4610 net.cpp:220] Memory required for data: 8086808  
  • I1203 18:47:00.432165  4610 caffe.cpp:145] Running for 50 iterations.  
  • I1203 18:47:00.435849  4610 caffe.cpp:169] Batch 0, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.435879  4610 caffe.cpp:169] Batch 0, loss = 0.018971  
  • I1203 18:47:00.437434  4610 caffe.cpp:169] Batch 1, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.437471  4610 caffe.cpp:169] Batch 1, loss = 0.0117609  
  • I1203 18:47:00.439000  4610 caffe.cpp:169] Batch 2, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.439020  4610 caffe.cpp:169] Batch 2, loss = 0.00555977  
  • I1203 18:47:00.440551  4610 caffe.cpp:169] Batch 3, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.440575  4610 caffe.cpp:169] Batch 3, loss = 0.0412139  
  • I1203 18:47:00.442105  4610 caffe.cpp:169] Batch 4, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.442126  4610 caffe.cpp:169] Batch 4, loss = 0.0579313  
  • I1203 18:47:00.443619  4610 caffe.cpp:169] Batch 5, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.443639  4610 caffe.cpp:169] Batch 5, loss = 0.0479742  
  • I1203 18:47:00.445159  4610 caffe.cpp:169] Batch 6, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.445179  4610 caffe.cpp:169] Batch 6, loss = 0.0570176  
  • I1203 18:47:00.446712  4610 caffe.cpp:169] Batch 7, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.446732  4610 caffe.cpp:169] Batch 7, loss = 0.0272363  
  • I1203 18:47:00.448249  4610 caffe.cpp:169] Batch 8, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.448269  4610 caffe.cpp:169] Batch 8, loss = 0.00680142  
  • I1203 18:47:00.449801  4610 caffe.cpp:169] Batch 9, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.449821  4610 caffe.cpp:169] Batch 9, loss = 0.0288398  
  • I1203 18:47:00.451352  4610 caffe.cpp:169] Batch 10, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.451372  4610 caffe.cpp:169] Batch 10, loss = 0.0603264  
  • I1203 18:47:00.452883  4610 caffe.cpp:169] Batch 11, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.452903  4610 caffe.cpp:169] Batch 11, loss = 0.0524943  
  • I1203 18:47:00.454407  4610 caffe.cpp:169] Batch 12, accuracy = 0.95  
  • I1203 18:47:00.454427  4610 caffe.cpp:169] Batch 12, loss = 0.106648  
  • I1203 18:47:00.455955  4610 caffe.cpp:169] Batch 13, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.455976  4610 caffe.cpp:169] Batch 13, loss = 0.0450225  
  • I1203 18:47:00.457484  4610 caffe.cpp:169] Batch 14, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.457504  4610 caffe.cpp:169] Batch 14, loss = 0.00531614  
  • I1203 18:47:00.459038  4610 caffe.cpp:169] Batch 15, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.459056  4610 caffe.cpp:169] Batch 15, loss = 0.065209  
  • I1203 18:47:00.460577  4610 caffe.cpp:169] Batch 16, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.460597  4610 caffe.cpp:169] Batch 16, loss = 0.0520317  
  • I1203 18:47:00.462123  4610 caffe.cpp:169] Batch 17, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.462143  4610 caffe.cpp:169] Batch 17, loss = 0.0328681  
  • I1203 18:47:00.463656  4610 caffe.cpp:169] Batch 18, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.463676  4610 caffe.cpp:169] Batch 18, loss = 0.0175973  
  • I1203 18:47:00.465188  4610 caffe.cpp:169] Batch 19, accuracy = 0.97  
  • I1203 18:47:00.465208  4610 caffe.cpp:169] Batch 19, loss = 0.0576884  
  • I1203 18:47:00.466749  4610 caffe.cpp:169] Batch 20, accuracy = 0.97  
  • I1203 18:47:00.466769  4610 caffe.cpp:169] Batch 20, loss = 0.0850501  
  • I1203 18:47:00.468278  4610 caffe.cpp:169] Batch 21, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.468298  4610 caffe.cpp:169] Batch 21, loss = 0.0676049  
  • I1203 18:47:00.469805  4610 caffe.cpp:169] Batch 22, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.469825  4610 caffe.cpp:169] Batch 22, loss = 0.0448538  
  • I1203 18:47:00.471328  4610 caffe.cpp:169] Batch 23, accuracy = 0.97  
  • I1203 18:47:00.471349  4610 caffe.cpp:169] Batch 23, loss = 0.0333992  
  • I1203 18:47:00.487124  4610 caffe.cpp:169] Batch 24, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.487180  4610 caffe.cpp:169] Batch 24, loss = 0.0281527  
  • I1203 18:47:00.489002  4610 caffe.cpp:169] Batch 25, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.489048  4610 caffe.cpp:169] Batch 25, loss = 0.0545881  
  • I1203 18:47:00.490890  4610 caffe.cpp:169] Batch 26, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.490932  4610 caffe.cpp:169] Batch 26, loss = 0.115576  
  • I1203 18:47:00.492620  4610 caffe.cpp:169] Batch 27, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.492640  4610 caffe.cpp:169] Batch 27, loss = 0.0149555  
  • I1203 18:47:00.494161  4610 caffe.cpp:169] Batch 28, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.494181  4610 caffe.cpp:169] Batch 28, loss = 0.0398991  
  • I1203 18:47:00.495693  4610 caffe.cpp:169] Batch 29, accuracy = 0.96  
  • I1203 18:47:00.495713  4610 caffe.cpp:169] Batch 29, loss = 0.115862  
  • I1203 18:47:00.497226  4610 caffe.cpp:169] Batch 30, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.497246  4610 caffe.cpp:169] Batch 30, loss = 0.0116793  
  • I1203 18:47:00.498785  4610 caffe.cpp:169] Batch 31, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.498817  4610 caffe.cpp:169] Batch 31, loss = 0.00451814  
  • I1203 18:47:00.500329  4610 caffe.cpp:169] Batch 32, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.500349  4610 caffe.cpp:169] Batch 32, loss = 0.0244668  
  • I1203 18:47:00.501878  4610 caffe.cpp:169] Batch 33, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.501899  4610 caffe.cpp:169] Batch 33, loss = 0.00285445  
  • I1203 18:47:00.503411  4610 caffe.cpp:169] Batch 34, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.503429  4610 caffe.cpp:169] Batch 34, loss = 0.0566256  
  • I1203 18:47:00.504940  4610 caffe.cpp:169] Batch 35, accuracy = 0.95  
  • I1203 18:47:00.504961  4610 caffe.cpp:169] Batch 35, loss = 0.154924  
  • I1203 18:47:00.506500  4610 caffe.cpp:169] Batch 36, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.506520  4610 caffe.cpp:169] Batch 36, loss = 0.00451233  
  • I1203 18:47:00.508111  4610 caffe.cpp:169] Batch 37, accuracy = 0.97  
  • I1203 18:47:00.508131  4610 caffe.cpp:169] Batch 37, loss = 0.0572309  
  • I1203 18:47:00.509635  4610 caffe.cpp:169] Batch 38, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.509655  4610 caffe.cpp:169] Batch 38, loss = 0.0192229  
  • I1203 18:47:00.511181  4610 caffe.cpp:169] Batch 39, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.511200  4610 caffe.cpp:169] Batch 39, loss = 0.029272  
  • I1203 18:47:00.512725  4610 caffe.cpp:169] Batch 40, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.512745  4610 caffe.cpp:169] Batch 40, loss = 0.0258552  
  • I1203 18:47:00.514317  4610 caffe.cpp:169] Batch 41, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.514338  4610 caffe.cpp:169] Batch 41, loss = 0.0752082  
  • I1203 18:47:00.515854  4610 caffe.cpp:169] Batch 42, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.515873  4610 caffe.cpp:169] Batch 42, loss = 0.0283319  
  • I1203 18:47:00.517379  4610 caffe.cpp:169] Batch 43, accuracy = 0.99  
  • I1203 18:47:00.517398  4610 caffe.cpp:169] Batch 43, loss = 0.0112394  
  • I1203 18:47:00.518925  4610 caffe.cpp:169] Batch 44, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.518946  4610 caffe.cpp:169] Batch 44, loss = 0.0413653  
  • I1203 18:47:00.520457  4610 caffe.cpp:169] Batch 45, accuracy = 0.98  
  • I1203 18:47:00.520478  4610 caffe.cpp:169] Batch 45, loss = 0.0501227  
  • I1203 18:47:00.521989  4610 caffe.cpp:169] Batch 46, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.522009  4610 caffe.cpp:169] Batch 46, loss = 0.0114459  
  • I1203 18:47:00.523540  4610 caffe.cpp:169] Batch 47, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.523561  4610 caffe.cpp:169] Batch 47, loss = 0.0163504  
  • I1203 18:47:00.525075  4610 caffe.cpp:169] Batch 48, accuracy = 0.97  
  • I1203 18:47:00.525095  4610 caffe.cpp:169] Batch 48, loss = 0.0450363  
  • I1203 18:47:00.526633  4610 caffe.cpp:169] Batch 49, accuracy = 1  
  • I1203 18:47:00.526651  4610 caffe.cpp:169] Batch 49, loss = 0.0046898  
  • I1203 18:47:00.526662  4610 caffe.cpp:174] Loss: 0.041468  
  • I1203 18:47:00.526674  4610 caffe.cpp:186] accuracy = 0.9856  
  • I1203 18:47:00.526687  4610 caffe.cpp:186] loss = 0.041468 (* 1 = 0.041468 loss)  

  • 7 NULL


    LRN层的实现

    LRN全称为Local Response Normalization,即局部响应归一化层,具体实现在CAFFE_ROOT/src/caffe/layers/lrn_layer.cpp和同一目录下lrn_layer.cu中。


    该层需要参数有:

    norm_region: 选择对相邻通道间归一化还是通道内空间区域归一化,默认为ACROSS_CHANNELS,即通道间归一化;

    local_size:两种表示(1)通道间归一化时表示求和的通道数;(2)通道内归一化时表示求和区间的边长;默认值为5;

    alpha:缩放因子(详细见后面),默认值为1;

    beta:指数项(详细见后面), 默认值为5;


    局部响应归一化层完成一种“临近抑制”操作,对局部输入区域进行归一化。


    在通道间归一化模式中,局部区域范围在相邻通道间,但没有空间扩展(即尺寸为 local_size x 1 x 1);

    在通道内归一化模式中,局部区域在空间上扩展,但只针对独立通道进行(即尺寸为 1 x local_size x local_size);

    每个输入值都将除以

    其中n为局部尺寸大小local_size, alpha和beta前面已经定义。

    求和将在当前值处于中间位置的局部区域内进行(如果有必要则进行补零)。


    下面我们看Caffe代码如何实现。打开CAFFE_ROOT/include/caffe/vision_layers.hpp,从第242行开始看起:

    [cpp] view plain copy  print?
  •   // Forward declare PoolingLayer and SplitLayer for use in LRNLayer.  
  • template <typename Dtype> class PoolingLayer;  
  • template <typename Dtype> class SplitLayer;  
  •   
  •   
  • /** 
  •  * @brief Normalize the input in a local region across or within feature maps. 
  •  * 
  •  * TODO(dox): thorough documentation for Forward, Backward, and proto params. 
  •  */  
  • template <typename Dtype>  
  • class LRNLayer : public Layer<Dtype> {  
  •  public:  
  •   explicit LRNLayer(const LayerParameter& param)  
  •       : Layer<Dtype>(param) {}  
  •   virtual void LayerSetUp(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void Reshape(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   
  •   
  •   virtual inline LayerParameter_LayerType type() const {  
  •     return LayerParameter_LayerType_LRN;  
  •   }  
  •   virtual inline int ExactNumBottomBlobs() const { return 1; }  
  •   virtual inline int ExactNumTopBlobs() const { return 1; }  
  •   
  •   
  •  protected:  
  •   virtual void Forward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void Forward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void Backward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,  
  •       const vector<bool>& propagate_down, vector<Blob<Dtype>*>* bottom);  
  •   virtual void Backward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,  
  •       const vector<bool>& propagate_down, vector<Blob<Dtype>*>* bottom);  
  •   
  •   virtual void CrossChannelForward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void CrossChannelForward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void WithinChannelForward(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top);  
  •   virtual void CrossChannelBackward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,  
  •       const vector<bool>& propagate_down, vector<Blob<Dtype>*>* bottom);  
  •   virtual void CrossChannelBackward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,  
  •       const vector<bool>& propagate_down, vector<Blob<Dtype>*>* bottom);  
  •   virtual void WithinChannelBackward(const vector<Blob<Dtype>*>& top,  
  •       const vector<bool>& propagate_down, vector<Blob<Dtype>*>* bottom);  
  •   
  •   int size_;  
  •   int pre_pad_;  
  •   Dtype alpha_;  
  •   Dtype beta_;  
  •   int num_;  
  •   int channels_;  
  •   int height_;  
  •   int width_;  
  •   
  •   // Fields used for normalization ACROSS_CHANNELS  
  •   // scale_ stores the intermediate summing results  
  •   Blob<Dtype> scale_;  
  •   
  •   // Fields used for normalization WITHIN_CHANNEL  
  •   shared_ptr<SplitLayer<Dtype> > split_layer_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> split_top_vec_;  
  •   shared_ptr<PowerLayer<Dtype> > square_layer_;  
  •   Blob<Dtype> square_input_;  
  •   Blob<Dtype> square_output_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> square_bottom_vec_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> square_top_vec_;  
  •   shared_ptr<PoolingLayer<Dtype> > pool_layer_;  
  •   Blob<Dtype> pool_output_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> pool_top_vec_;  
  •   shared_ptr<PowerLayer<Dtype> > power_layer_;  
  •   Blob<Dtype> power_output_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> power_top_vec_;  
  •   shared_ptr<EltwiseLayer<Dtype> > product_layer_;  
  •   Blob<Dtype> product_input_;  
  •   vector<Blob<Dtype>*> product_bottom_vec_;  
  • };  

  • 内容较多,可能看一眼记不住所有的成员变量和函数,但记住一点,凡是Layer类型肯定都包含Forward()和Backward(),以及LayerSetUp()和Reshape(),这些在头文件中不必细看。关注的是以“_”结尾的成员变量,这些是和算法息息相关的。

    很高兴看到了num_, height_, width_, channels_,这四个变量定义了该层输入图像的尺寸信息,是一个num_ x channels_ x height_ x width_的四维Blob矩阵(想不通?就当作视频流吧,前两维是宽高,第三维是颜色,第四维是时间)。

    另外看到了alpha_, beta_, 这两个就是我们上面公式中的参数。

    公式中的n(local_size)在类中用size_表示。

    上面提到过需要补零,所以定义了pre_pad_变量。

    ACROSS_CHANNELS模式下,我们只需要用到scale_这个Blob矩阵,后面定义都可以忽略了~~好开森~~


    读完了头文件中的声明,是不是觉得挺简单?我们接着看下实现细节,打开CAFFE_ROOT/src/caffe/layers/lrn_layer.cpp,从头看起,第一个实现函数为LayerSetUp(),代码如下:

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void LRNLayer<Dtype>::LayerSetUp(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top) {  
  •   size_ = this->layer_param_.lrn_param().local_size();  
  •   CHECK_EQ(size_ % 2, 1) << "LRN only supports odd values for local_size";  
  •   pre_pad_ = (size_ - 1) / 2;  
  •   alpha_ = this->layer_param_.lrn_param().alpha();  
  •   beta_ = this->layer_param_.lrn_param().beta();  
  •   if (this->layer_param_.lrn_param().norm_region() ==  
  •       LRNParameter_NormRegion_WITHIN_CHANNEL) {  
  •     // Set up split_layer_ to use inputs in the numerator and denominator.  
  •     split_top_vec_.clear();  
  •     split_top_vec_.push_back(&product_input_);  
  •     split_top_vec_.push_back(&square_input_);  
  •     LayerParameter split_param;  
  •     split_layer_.reset(new SplitLayer<Dtype>(split_param));  
  •     split_layer_->SetUp(bottom, &split_top_vec_);  
  •     // Set up square_layer_ to square the inputs.  
  •     square_bottom_vec_.clear();  
  •     square_top_vec_.clear();  
  •     square_bottom_vec_.push_back(&square_input_);  
  •     square_top_vec_.push_back(&square_output_);  
  •     LayerParameter square_param;  
  •     square_param.mutable_power_param()->set_power(Dtype(2));  
  •     square_layer_.reset(new PowerLayer<Dtype>(square_param));  
  •     square_layer_->SetUp(square_bottom_vec_, &square_top_vec_);  
  •     // Set up pool_layer_ to sum over square neighborhoods of the input.  
  •     pool_top_vec_.clear();  
  •     pool_top_vec_.push_back(&pool_output_);  
  •     LayerParameter pool_param;  
  •     pool_param.mutable_pooling_param()->set_pool(  
  •         PoolingParameter_PoolMethod_AVE);  
  •     pool_param.mutable_pooling_param()->set_pad(pre_pad_);  
  •     pool_param.mutable_pooling_param()->set_kernel_size(size_);  
  •     pool_layer_.reset(new PoolingLayer<Dtype>(pool_param));  
  •     pool_layer_->SetUp(square_top_vec_, &pool_top_vec_);  
  •     // Set up power_layer_ to compute (1 + alpha_/N^2 s)^-beta_, where s is  
  •     // the sum of a squared neighborhood (the output of pool_layer_).  
  •     power_top_vec_.clear();  
  •     power_top_vec_.push_back(&power_output_);  
  •     LayerParameter power_param;  
  •     power_param.mutable_power_param()->set_power(-beta_);  
  •     power_param.mutable_power_param()->set_scale(alpha_);  
  •     power_param.mutable_power_param()->set_shift(Dtype(1));  
  •     power_layer_.reset(new PowerLayer<Dtype>(power_param));  
  •     power_layer_->SetUp(pool_top_vec_, &power_top_vec_);  
  •     // Set up a product_layer_ to compute outputs by multiplying inputs by the  
  •     // inverse demoninator computed by the power layer.  
  •     product_bottom_vec_.clear();  
  •     product_bottom_vec_.push_back(&product_input_);  
  •     product_bottom_vec_.push_back(&power_output_);  
  •     LayerParameter product_param;  
  •     EltwiseParameter* eltwise_param = product_param.mutable_eltwise_param();  
  •     eltwise_param->set_operation(EltwiseParameter_EltwiseOp_PROD);  
  •     product_layer_.reset(new EltwiseLayer<Dtype>(product_param));  
  •     product_layer_->SetUp(product_bottom_vec_, top);  
  •   }  
  • }  

  • 这个函数实现了参数的初始化过程。首先从layer_param_对象中提取出size_的值,并检查是否为奇数,如果不是则报错;之后用size_计算pre_pad_的值,在前后各补一半0。接着alpha_和beta_也被初始化。如果是WITHIN_CHANNEL模式,那么还需要初始化一系列中间子层,这里我们不关心,因为我们用 ACROSS_CHANNELS 模式。这么简单,还是好开森~~

    接下来看Reshape()函数的实现:

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void LRNLayer<Dtype>::Reshape(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •       vector<Blob<Dtype>*>* top) {  
  •   num_ = bottom[0]->num();  
  •   channels_ = bottom[0]->channels();  
  •   height_ = bottom[0]->height();  
  •   width_ = bottom[0]->width();  
  •   switch (this->layer_param_.lrn_param().norm_region()) {  
  •   case LRNParameter_NormRegion_ACROSS_CHANNELS:  
  •     (*top)[0]->Reshape(num_, channels_, height_, width_);  
  •     scale_.Reshape(num_, channels_, height_, width_);  
  •     break;  
  •   case LRNParameter_NormRegion_WITHIN_CHANNEL:  
  •     split_layer_->Reshape(bottom, &split_top_vec_);  
  •     square_layer_->Reshape(square_bottom_vec_, &square_top_vec_);  
  •     pool_layer_->Reshape(square_top_vec_, &pool_top_vec_);  
  •     power_layer_->Reshape(pool_top_vec_, &power_top_vec_);  
  •     product_layer_->Reshape(product_bottom_vec_, top);  
  •     break;  
  •   }  
  • }  

  • 首先根据bottom的尺寸初始化了num_, channels_, height_, width_这四个尺寸参数,之后根据归一化模式进行不同设置。在 ACROSS_CHANNELS 模式中,将top尺寸设置为和bottom一样大(num_, channels_, height_, width_),然后将scale_的尺寸也设置为一样大,这样我们在进行归一化时,只要逐点将scale_值乘以bottom值,就得到相应的top值。scale_值需要根据文章开头的计算公式得到,我们进一步考察怎么实现。

    看下一个函数:

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void LRNLayer<Dtype>::Forward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,  
  •     vector<Blob<Dtype>*>* top) {  
  •   switch (this->layer_param_.lrn_param().norm_region()) {  
  •   case LRNParameter_NormRegion_ACROSS_CHANNELS:  
  •     CrossChannelForward_cpu(bottom, top);  
  •     break;  
  •   case LRNParameter_NormRegion_WITHIN_CHANNEL:  
  •     WithinChannelForward(bottom, top);  
  •     break;  
  •   default:  
  •     LOG(FATAL) << "Unknown normalization region.";  
  •   }  
  • }  

  • 很简单,根据归一化模式调用相应的Forward函数。我们这里看CrossChannelForward_cpu()这个函数,代码如下:

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void LRNLayer<Dtype>::CrossChannelForward_cpu(  
  •     const vector<Blob<Dtype>*>& bottom, vector<Blob<Dtype>*>* top) {  
  •   const Dtype* bottom_data = bottom[0]->cpu_data();  
  •   Dtype* top_data = (*top)[0]->mutable_cpu_data();  
  •   Dtype* scale_data = scale_.mutable_cpu_data();//用指针获取每个Blob对象的内存地址,便于后面操作  
  •   // start with the constant value  
  •   for (int i = 0; i < scale_.count(); ++i) {//初始化值为1.0  
  •     scale_data[i] = 1.;  
  •   }  
  •   Blob<Dtype> padded_square(1, channels_ + size_ - 1, height_, width_);//补零后的Blob,第三维尺寸比bottom大了size_ - 1;  
  •   Dtype* padded_square_data = padded_square.mutable_cpu_data();  
  •   caffe_set(padded_square.count(), Dtype(0), padded_square_data);//先清零  
  •   Dtype alpha_over_size = alpha_ / size_;//预先计算公式中的alpha/n  
  •   // go through the images  
  •   for (int n = 0; n < num_; ++n) {//bottom的第四维尺寸num_,需要分解为单个来做归一化  
  •     // compute the padded square  
  •     caffe_sqr(channels_ * height_ * width_,  
  •         bottom_data + bottom[0]->offset(n),  
  •         padded_square_data + padded_square.offset(0, pre_pad_));//计算bottom的平方,放入padded_square矩阵中,前pre_pad_个位置依旧0  
  •     // Create the first channel scale  
  •     for (int c = 0; c < size_; ++c) {//对n个通道平方求和并乘以预先算好的(alpha/n),累加至scale_中(实现计算 1 + sum_under_i(x_i^2))  
  •       caffe_axpy<Dtype>(height_ * width_, alpha_over_size,  
  •           padded_square_data + padded_square.offset(0, c),  
  •           scale_data + scale_.offset(n, 0));  
  •     }  
  •     for (int c = 1; c < channels_; ++c) {//这里使用了类似FIFO的形式计算其余scale_参数,每次向后移动一个单位,加头去尾,避免重复计算求和  
  •       // copy previous scale  
  •       caffe_copy<Dtype>(height_ * width_,  
  •           scale_data + scale_.offset(n, c - 1),  
  •           scale_data + scale_.offset(n, c));  
  •       // add head  
  •       caffe_axpy<Dtype>(height_ * width_, alpha_over_size,  
  •           padded_square_data + padded_square.offset(0, c + size_ - 1),  
  •           scale_data + scale_.offset(n, c));  
  •       // subtract tail  
  •       caffe_axpy<Dtype>(height_ * width_, -alpha_over_size,  
  •           padded_square_data + padded_square.offset(0, c - 1),  
  •           scale_data + scale_.offset(n, c));  
  •     }  
  •   }  
  •   
  •   // In the end, compute output  
  •   caffe_powx<Dtype>(scale_.count(), scale_data, -beta_, top_data);//计算求指数,由于将除法转换为乘法,故指数变负  
  •   caffe_mul<Dtype>(scale_.count(), top_data, bottom_data, top_data);//bottom .* scale_ -> top  
  • }  

  • 可能你对caffe_axpy, caffe_sqr, caffe_powx, caffe_mul还不熟悉,其实都是很简单的数学计算,在CAFFE_ROOT/include/caffe/util/math_functions.hpp中有声明。

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void caffe_axpy(const int N, const Dtype alpha, const Dtype* X,  
  •     Dtype* Y);  

  • 实现如下操作:Y = alpha * X + Y;其中X, Y为N个元素的向量。

    [cpp] view plain copy  print?
  • template <typename Dtype>  
  • void caffe_powx(const int n, const Dtype* a, const Dtype b, Dtype* y);  

  • 实现如下操作:y = a^b, 其中a, y为n个元素的向量,b为标量。

    其余请自己推导。


    总结

    以上是生活随笔为你收集整理的caffe 导读的全部内容,希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

    如果觉得生活随笔网站内容还不错,欢迎将生活随笔推荐给好友。