Tensorflow-slim 学习笔记（二）第一层目录代码解读

通过阅读代码来学习，一向时最直接快速的。本章将讲解slim的第一层目录tensorflow/tensorflow/contrib/slim/python/slim的代码。

本层代码主要包括learning.py, evaluation.py, summary.py, queue.py和model_analyzer.py，分别对应模型的训练，测试，日志记录，队列管理和模型分析部分。

让巴默索泪来带你由易到难来阅读下这些代码吧。以下内容基本按照难度排序。

1. 模型分析模块 model_analyzer.py

这段代码提供了分析Tensorflow图中的运算和变量的工具。

　　＃To analyze the operations in a graph:

　　images, labels = LoadData(...)　　
　　predictions = MyModel(images)

　　slim.model_analyzer.analyze_ops(tf.get_default_graph(), print_info=True)

　　＃To analyze the model variables in a graph:

　　variables = tf.model_variables()　　

　　slim.model_analyzer.analyze_vars(variables, print_info=False)

2. queue.py提供了队列内容管理代码

3. summaries.py 包括了生成日至纪录的辅助函数, summaries_test.py是它的一个测试，使用例子见下：

　　import tensorflow as tf
　　slim = tf.contrib.slim

　　slim.summaries.add_histogram_summaries(slim.variables.get_model_variables())
　　slim.summaries.add_scalar_summary(total_loss, 'Total Loss')
　　slim.summaries.add_scalar_summary(learning_rate, 'Learning Rate')
　　slim.summaries.add_histogram_summaries(my_tensors)
　　slim.summaries.add_zero_fraction_summaries(my_tensors)

4.  evaluation.py一般不会使用slim的代码，故忽略。

5. 最重要的训练模型的代码在learning.py中，其中learning_test.py是一个测试例子

    learning.py中包括训练模型所需的多个函数，包括操作梯度，生成一个训练操作（train_op, 一个计算loss并应用梯度的操作）以及训练的循环函数。训练循环要求用户传入train_op就可以进行优化。注意在这里训练循环使用了tf.train.Supervisor以及在它代码实现中的managed_session，这可以保证机器可以从运行失败中恢复训练。Supervisor是对负责训练程序的Coordinator，Saver和SessionManager的封装。下面是一个简单的例子：

　　# Load data and create the model:

　　images, labels = LoadData(...)
　　predictions = MyModel(images)

　　# Define the loss:
　　slim.losses.log_loss(predictions, labels)
　　total_loss = slim.losses.get_total_loss()

　　# Define the optimizer:
　　optimizer = tf.train.MomentumOptimizer(FLAGS.learning_rate, FLAGS.momentum)

　　# Create the train_op
　　train_op = slim.learning.create_train_op(total_loss, optimizer)

　　# Run training.
　　slim.learning.train(train_op, my_log_dir)

训练必须首先定义一个 train_op， 它的作用包括：（1）计算损失（2）将梯度运用于参数的更新（3）返回损失值

train_op有时还必须在训练时，执行额外的非梯度更新的操作，比如batch_norm。batch_norm在训练时需要执行一系列非梯度的更新操作。slim.learning.create_train_op允许用户同时将update_ops的列表以及梯度更新操作同时传递给函数。

　　train_op = slim.learning.create_train_op(total_loss, optimizer, update_ops)　　

默认情况下，slim.learning.create_train_op包括了所有在tf.GraphKeys.UPDATE_OPS集合中的更新操作。而且，slim的slim.batch_norm函数将moving mean和moving variance的更新加入了这个集合。因此，使用slim.batch_norm的用户不用考虑任务多余的步骤就能保证moving mean 和moving variance的更新会被正确的计算。如果用户需要加入额外的更新操作，可以使用下面的代码：

　　# Force TF-Slim NOT to use ANY update_ops:
　　train_op = slim.learning.create_train_op(
　　total_loss,
　　optimizer,
　　update_ops=[])

　　# Use an alternative set of update ops:
　　train_op = slim.learning.create_train_op(
　　total_loss,
　　optimizer,
　　update_ops=my_other_update_ops)

　　# Use an alternative set of update ops in addition to the default updates:
　　tf.add_to_collection(tf.GraphKeys.UPDATE_OPS, my_update0)
　　tf.add_to_collection(tf.GraphKeys.UPDATE_OPS, my_update1)

　　train_op = slim.learning.create_train_op(
　　total_loss,
　　optimizer)

　　# Which is the same as:
　　train_op = slim.learning.create_train_op(
　　total_loss,
　　optimizer,
　　update_ops=tf.get_collection(tf.GraphKeys.UPDATE_OPS))

learning训练最重要的有两个函数：create_train_op以及train

（1）def create_train_op(total_loss,
               　　　　　　optimizer,
                               　　global_step=_USE_GLOBAL_STEP,
                                       update_ops=None,
                                       variables_to_train=None,
                                       clip_gradient_norm=0,
                                       summarize_gradients=False,
                                       gate_gradients=tf_optimizer.Optimizer.GATE_OP,
                                       aggregation_method=None,
                                       colocate_gradients_with_ops=False,
                                       gradient_multipliers=None,
                                       check_numerics=True)

        clip_gradient_norm:当它大于0时，梯度被截止于这个值。

返回值时一个Tensor，它计算了梯度并返回了loss值。

（2）def train(train_op,

logdir,
train_step_fn=train_step,
train_step_kwargs=_USE_DEFAULT,
log_every_n_steps=1,
graph=None,
master='',
is_chief=True,
global_step=None,
number_of_steps=None,
init_op=_USE_DEFAULT,
init_feed_dict=None,
local_init_op=_USE_DEFAULT,
init_fn=None,
ready_op=_USE_DEFAULT,
summary_op=_USE_DEFAULT,
save_summaries_secs=600,
summary_writer=_USE_DEFAULT,
startup_delay_steps=0,
saver=None,
save_interval_secs=600,
sync_optimizer=None,
session_config=None,
trace_every_n_steps=None)

这个函数使用Tensorflow的supervisor运行了一个训练循环。当使用sync_optimizer时，梯度计算是同步进行的。否则，梯度计算是异步进行的。

参数：

log_every_n_steps:损失函数和step的打印频率

master：tensorflow master的地址

is_chief：指定是否训练是有主副本实现的，当进行多副本训练时。

sync_optimizer:   一个tf.SyncReplicasOptimizer 或它们的一个列表。如果提供了这个参数，梯度更新会是同步的，如果使用None，则更新是异步的。