Посмотреть на TensorFlow.org | Запускаем в Google Colab | Посмотреть исходный код на GitHub | Скачать блокнот | См. Модель TF Hub |
Обзор
TensorFlow Lite теперь поддерживает преобразование весов 8 бит точности в рамках преобразования модели из tensorflow graphdefs в плоском формате буфера TensorFlow Lite в. Квантование динамического диапазона позволяет уменьшить размер модели в 4 раза. Кроме того, TFLite поддерживает квантование и деквантование активаций на лету, что позволяет:
- Использование квантованных ядер для более быстрой реализации, когда они доступны.
- Смешивание ядер с плавающей запятой с квантованными ядрами для разных частей графа.
Активации всегда хранятся с плавающей запятой. Для операций, которые поддерживают квантованные ядра, активации квантуются до 8 битов точности динамически перед обработкой и деквантовываются до точности с плавающей запятой после обработки. В зависимости от преобразуемой модели это может дать ускорение по сравнению с вычислениями с чистой плавающей запятой.
В отличии от квантования осознает обучения , вес квантуется после тренировки и активации квантуются динамически при выводе в этом методе. Следовательно, веса модели не переобучаются, чтобы компенсировать ошибки, вызванные квантованием. Важно проверить точность квантованной модели, чтобы убедиться, что ухудшение приемлемо.
Это руководство обучает модель MNIST с нуля, проверяет ее точность в TensorFlow, а затем преобразует модель в плоский буфер Tensorflow Lite с квантованием динамического диапазона. Наконец, он проверяет точность преобразованной модели и сравнивает ее с исходной моделью с плавающей запятой.
Постройте модель MNIST
Настраивать
import logging
logging.getLogger("tensorflow").setLevel(logging.DEBUG)
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import numpy as np
import pathlib
Обучение модели TensorFlow
# Load MNIST dataset
mnist = keras.datasets.mnist
(train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = mnist.load_data()
# Normalize the input image so that each pixel value is between 0 to 1.
train_images = train_images / 255.0
test_images = test_images / 255.0
# Define the model architecture
model = keras.Sequential([
keras.layers.InputLayer(input_shape=(28, 28)),
keras.layers.Reshape(target_shape=(28, 28, 1)),
keras.layers.Conv2D(filters=12, kernel_size=(3, 3), activation=tf.nn.relu),
keras.layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)),
keras.layers.Flatten(),
keras.layers.Dense(10)
])
# Train the digit classification model
model.compile(optimizer='adam',
loss=keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
metrics=['accuracy'])
model.fit(
train_images,
train_labels,
epochs=1,
validation_data=(test_images, test_labels)
)
1875/1875 [==============================] - 6s 2ms/step - loss: 0.3260 - accuracy: 0.9063 - val_loss: 0.1721 - val_accuracy: 0.9499 <keras.callbacks.History at 0x7fb7a1c4ed90>
Например, поскольку вы обучили модель только для одной эпохи, она обучается только с точностью ~ 96%.
Преобразование в модель TensorFlow Lite
Использование Python TFLiteConverter , теперь вы можете конвертировать обученную модель в модель TensorFlow Lite.
Теперь загрузите модель с помощью TFLiteConverter
:
converter = tf.lite.TFLiteConverter.from_keras_model(model)
tflite_model = converter.convert()
2021-11-02 11:23:32.211024: W tensorflow/python/util/util.cc:348] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them. INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpua453ven/assets 2021-11-02 11:23:32.640259: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:351] Ignored output_format. 2021-11-02 11:23:32.640302: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:354] Ignored drop_control_dependency.
Запишите это в tflite-файл:
tflite_models_dir = pathlib.Path("/tmp/mnist_tflite_models/")
tflite_models_dir.mkdir(exist_ok=True, parents=True)
tflite_model_file = tflite_models_dir/"mnist_model.tflite"
tflite_model_file.write_bytes(tflite_model)
84500
Для квантования модели на экспорте, установите optimizations
флаг для оптимизации размера:
converter.optimizations = [tf.lite.Optimize.DEFAULT]
tflite_quant_model = converter.convert()
tflite_model_quant_file = tflite_models_dir/"mnist_model_quant.tflite"
tflite_model_quant_file.write_bytes(tflite_quant_model)
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpaw0wsb_y/assets INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpaw0wsb_y/assets 2021-11-02 11:23:33.235475: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:351] Ignored output_format. 2021-11-02 11:23:33.235512: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:354] Ignored drop_control_dependency. 23904
Обратите внимание , как результирующий файл, составляет примерно 1/4
размера.
ls -lh {tflite_models_dir}
total 136K -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 83K Nov 2 11:23 mnist_model.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 24K Nov 2 11:23 mnist_model_quant.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 25K Nov 2 11:20 mnist_model_quant_16x8.tflite
Запустите модели TFLite
Запустите модель TensorFlow Lite с помощью интерпретатора Python TensorFlow Lite.
Загрузите модель в интерпретатор
interpreter = tf.lite.Interpreter(model_path=str(tflite_model_file))
interpreter.allocate_tensors()
interpreter_quant = tf.lite.Interpreter(model_path=str(tflite_model_quant_file))
interpreter_quant.allocate_tensors()
Протестируйте модель на одном изображении
test_image = np.expand_dims(test_images[0], axis=0).astype(np.float32)
input_index = interpreter.get_input_details()[0]["index"]
output_index = interpreter.get_output_details()[0]["index"]
interpreter.set_tensor(input_index, test_image)
interpreter.invoke()
predictions = interpreter.get_tensor(output_index)
import matplotlib.pylab as plt
plt.imshow(test_images[0])
template = "True:{true}, predicted:{predict}"
_ = plt.title(template.format(true= str(test_labels[0]),
predict=str(np.argmax(predictions[0]))))
plt.grid(False)
Оцените модели
# A helper function to evaluate the TF Lite model using "test" dataset.
def evaluate_model(interpreter):
input_index = interpreter.get_input_details()[0]["index"]
output_index = interpreter.get_output_details()[0]["index"]
# Run predictions on every image in the "test" dataset.
prediction_digits = []
for test_image in test_images:
# Pre-processing: add batch dimension and convert to float32 to match with
# the model's input data format.
test_image = np.expand_dims(test_image, axis=0).astype(np.float32)
interpreter.set_tensor(input_index, test_image)
# Run inference.
interpreter.invoke()
# Post-processing: remove batch dimension and find the digit with highest
# probability.
output = interpreter.tensor(output_index)
digit = np.argmax(output()[0])
prediction_digits.append(digit)
# Compare prediction results with ground truth labels to calculate accuracy.
accurate_count = 0
for index in range(len(prediction_digits)):
if prediction_digits[index] == test_labels[index]:
accurate_count += 1
accuracy = accurate_count * 1.0 / len(prediction_digits)
return accuracy
print(evaluate_model(interpreter))
0.9499
Повторите оценку на квантованной модели динамического диапазона, чтобы получить:
print(evaluate_model(interpreter_quant))
0.95
В этом примере сжатая модель не имеет разницы в точности.
Оптимизация существующей модели
Resnet с уровнями предварительной активации (Resnet-v2) широко используются для приложений технического зрения. Предварительно подготовленный замороженный график для RESNET-v2-101 доступен на Tensorflow Hub .
Вы можете преобразовать замороженный график в плоский буфер TensorFLow Lite с квантованием:
import tensorflow_hub as hub
resnet_v2_101 = tf.keras.Sequential([
keras.layers.InputLayer(input_shape=(224, 224, 3)),
hub.KerasLayer("https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v2_101/classification/4")
])
converter = tf.lite.TFLiteConverter.from_keras_model(resnet_v2_101)
# Convert to TF Lite without quantization
resnet_tflite_file = tflite_models_dir/"resnet_v2_101.tflite"
resnet_tflite_file.write_bytes(converter.convert())
WARNING:tensorflow:Compiled the loaded model, but the compiled metrics have yet to be built. `model.compile_metrics` will be empty until you train or evaluate the model. WARNING:tensorflow:Compiled the loaded model, but the compiled metrics have yet to be built. `model.compile_metrics` will be empty until you train or evaluate the model. INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpxtji1amp/assets INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpxtji1amp/assets 2021-11-02 11:23:57.616139: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:351] Ignored output_format. 2021-11-02 11:23:57.616201: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:354] Ignored drop_control_dependency. 178509352
# Convert to TF Lite with quantization
converter.optimizations = [tf.lite.Optimize.DEFAULT]
resnet_quantized_tflite_file = tflite_models_dir/"resnet_v2_101_quantized.tflite"
resnet_quantized_tflite_file.write_bytes(converter.convert())
WARNING:tensorflow:Compiled the loaded model, but the compiled metrics have yet to be built. `model.compile_metrics` will be empty until you train or evaluate the model. WARNING:tensorflow:Compiled the loaded model, but the compiled metrics have yet to be built. `model.compile_metrics` will be empty until you train or evaluate the model. INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpg169iato/assets INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/tmpg169iato/assets 2021-11-02 11:24:12.965799: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:351] Ignored output_format. 2021-11-02 11:24:12.965851: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:354] Ignored drop_control_dependency. 46256864
ls -lh {tflite_models_dir}/*.tflite
-rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 83K Nov 2 11:23 /tmp/mnist_tflite_models/mnist_model.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 24K Nov 2 11:23 /tmp/mnist_tflite_models/mnist_model_quant.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 25K Nov 2 11:20 /tmp/mnist_tflite_models/mnist_model_quant_16x8.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 171M Nov 2 11:23 /tmp/mnist_tflite_models/resnet_v2_101.tflite -rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 45M Nov 2 11:24 /tmp/mnist_tflite_models/resnet_v2_101_quantized.tflite
Размер модели уменьшен со 171 МБ до 43 МБ. Точность этой модели на imagenet может быть оценена с использованием сценариев , предусмотренные точностью измерений TFLite .
Точность оптимизированной модели top-1 составляет 76,8, как и модель с плавающей запятой.