加载模型用于推理或迁移学习

Linux Ascend GPU CPU 模型加载 初级 中级 高级

概述

在模型训练过程中保存在本地的CheckPoint文件，或从MindSpore Hub下载的CheckPoint文件，都可以帮助用户进行推理或迁移学习使用。

以下通过示例来介绍如何通过本地加载或Hub加载模型，用于推理验证和迁移学习。

本地加载模型

用于推理验证

针对仅推理场景可以使用load_checkpoint把参数直接加载到网络中，以便进行后续的推理验证。

示例代码如下：

resnet = ResNet50()
load_checkpoint("resnet50-2_32.ckpt", net=resnet)
dateset_eval = create_dataset(os.path.join(mnist_path, "test"), 32, 1) # define the test dataset
loss = CrossEntropyLoss()
model = Model(resnet, loss, metrics={"accuracy"})
acc = model.eval(dataset_eval)

load_checkpoint方法会把参数文件中的网络参数加载到模型中。加载后，网络中的参数就是CheckPoint保存的。
eval方法会验证训练后模型的精度。

用于迁移学习

针对任务中断再训练及微调（Fine Tune）场景，可以加载网络参数和优化器参数到模型中。

示例代码如下：

# return a parameter dict for model
param_dict = load_checkpoint("resnet50-2_32.ckpt")
resnet = ResNet50()
opt = Momentum()
# load the parameter into net
load_param_into_net(resnet, param_dict)
# load the parameter into optimizer
load_param_into_net(opt, param_dict)
loss = SoftmaxCrossEntropyWithLogits()
model = Model(resnet, loss, opt)
model.train(epoch, dataset)

load_checkpoint方法会返回一个参数字典。
load_param_into_net会把参数字典中相应的参数加载到网络或优化器中。

从Hub加载模型

用于推理验证

mindspore_hub.load API用于加载预训练模型，可以实现一行代码完成模型的加载。主要的模型加载流程如下：

在MindSpore Hub官网上搜索感兴趣的模型。

例如，想使用GoogleNet对CIFAR-10数据集进行分类，可以在MindSpore Hub官网上使用关键词GoogleNet进行搜索。页面将会返回与GoogleNet相关的所有模型。进入相关模型页面之后，获得详情页url。

使用url完成模型的加载，示例代码如下：

import mindspore_hub as mshub
import mindspore
from mindspore import context, Tensor, nn
from mindspore.train.model import Model
from mindspore.common import dtype as mstype
import mindspore.dataset.vision.py_transforms as py_transforms

context.set_context(mode=context.GRAPH_MODE,
                     device_target="Ascend",
                     device_id=0)

model = "mindspore/ascend/0.7/googlenet_v1_cifar10"

# Initialize the number of classes based on the pre-trained model.
network = mshub.load(model, num_classes=10)
network.set_train(False)

# ...

完成模型加载后，可以使用MindSpore进行推理，参考这里。

用于迁移学习

通过mindspore_hub.load完成模型加载后，可以增加一个额外的参数项只加载神经网络的特征提取部分，这样我们就能很容易地在之后增加一些新的层进行迁移学习。当模型开发者将额外的参数（例如 include_top）添加到模型构造中时，可以在模型的详情页中找到这个功能。include_top取值为True或者False，表示是否保留顶层的全连接网络。

下面我们以GoogleNet为例，说明如何加载一个基于ImageNet的预训练模型，并在特定的子任务数据集上进行迁移学习（重训练）。主要的步骤如下：

在MindSpore Hub官网上搜索感兴趣的模型，并从网站上获取特定的url。

使用url进行MindSpore Hub模型的加载，注意：include_top参数需要模型开发者提供。

import mindspore
from mindspore import nn, context, Tensor
from mindspore.train.serialization import save_checkpoint
from mindspore.nn.loss import SoftmaxCrossEntropyWithLogits
import mindspore.ops as ops
from mindspore.nn import Momentum

import math
import numpy as np

import mindspore_hub as mshub
from src.dataset import create_dataset

context.set_context(mode=context.GRAPH_MODE, device_target="Ascend",
                     save_graphs=False)
model_url = "mindspore/ascend/0.7/googlenet_v1_cifar10"
network = mshub.load(model_url, include_top=False, num_classes=1000)
network.set_train(False)

在现有模型结构基础上，增加一个与新任务相关的分类层。

class ReduceMeanFlatten(nn.Cell):
      def __init__(self):
         super(ReduceMeanFlatten, self).__init__()
         self.mean = ops.ReduceMean(keep_dims=True)
         self.flatten = nn.Flatten()

      def construct(self, x):
         x = self.mean(x, (2, 3))
         x = self.flatten(x)
         return x

# Check MindSpore Hub website to conclude that the last output shape is 1024.
last_channel = 1024

# The number of classes in target task is 26.
num_classes = 26

reducemean_flatten = ReduceMeanFlatten()

classification_layer = nn.Dense(last_channel, num_classes)
classification_layer.set_train(True)

train_network = nn.SequentialCell([network, reducemean_flatten, classification_layer])

为模型训练选择损失函数和优化器。

epoch_size = 60

# Wrap the backbone network with loss.
loss_fn = SoftmaxCrossEntropyWithLogits(sparse=True, reduction="mean")
loss_net = nn.WithLossCell(train_network, loss_fn)

lr = get_lr(global_step=0,
            lr_init=0,
            lr_max=0.05,
            lr_end=0.001,
            warmup_epochs=5,
            total_epochs=epoch_size)

# Create an optimizer.
optim = Momentum(filter(lambda x: x.requires_grad, loss_net.get_parameters()), Tensor(lr), 0.9, 4e-5)
train_net = nn.TrainOneStepCell(loss_net, optim)

构建数据集，开始重训练。

如下所示，进行微调任务的数据集为垃圾分类数据集，存储位置为/ssd/data/garbage/train。

dataset = create_dataset("/ssd/data/garbage/train",
                           do_train=True,
                           batch_size=32,
                           platform="Ascend",
                           repeat_num=1)

for epoch in range(epoch_size):
      for i, items in enumerate(dataset):
         data, label = items
         data = mindspore.Tensor(data)
         label = mindspore.Tensor(label)

         loss = train_net(data, label)
         print(f"epoch: {epoch}/{epoch_size}, loss: {loss}")
      # Save the ckpt file for each epoch.
      ckpt_path = f"./ckpt/garbage_finetune_epoch{epoch}.ckpt"
      save_checkpoint(train_network, ckpt_path)

在测试集上测试模型精度。

from mindspore.train.serialization import load_checkpoint, load_param_into_net

network = mshub.load('mindspore/ascend/0.7/googlenet_v1_cifar10', pretrained=False,
                     include_top=False, num_classes=1000)

reducemean_flatten = ReduceMeanFlatten()

classification_layer = nn.Dense(last_channel, num_classes)
classification_layer.set_train(False)
softmax = nn.Softmax()
network = nn.SequentialCell([network, reducemean_flatten,
                              classification_layer, softmax])

# Load a pre-trained ckpt file.
ckpt_path = "./ckpt/garbage_finetune_epoch59.ckpt"
trained_ckpt = load_checkpoint(ckpt_path)
load_param_into_net(network, trained_ckpt)

# Define loss and create model.
model = Model(network, metrics={'acc'}, eval_network=network)

eval_dataset = create_dataset("/ssd/data/garbage/test",
                           do_train=True,
                           batch_size=32,
                           platform="Ascend",
                           repeat_num=1)

res = model.eval(eval_dataset)
print("result:", res, "ckpt=", ckpt_path)