Checkpointer และ PolicySaver

ลิขสิทธิ์ 2021 The TF-Agents Authors.

บทนำ

tf_agents.utils.common.Checkpointer เป็นโปรแกรมที่จะบันทึก / โหลดรัฐการฝึกอบรมของรัฐนโยบายและรัฐ replay_buffer / จากการจัดเก็บในท้องถิ่น

tf_agents.policies.policy_saver.PolicySaver เป็นเครื่องมือในการบันทึก / โหลดเพียงนโยบายและมีน้ำหนักเบากว่า Checkpointer คุณสามารถใช้ PolicySaver ในการปรับรูปแบบได้เป็นอย่างดีโดยปราศจากความรู้ของรหัสที่สร้างนโยบายใด ๆ

ในการกวดวิชานี้เราจะใช้ในการฝึกอบรม DQN รูปแบบแล้วใช้ Checkpointer และ PolicySaver แสดงให้เห็นว่าเราสามารถจัดเก็บและโหลดรัฐและในรูปแบบวิธีการโต้ตอบ โปรดทราบว่าเราจะใช้ TF2.0 ของเครื่องมือ saved_model ใหม่และรูปแบบสำหรับ PolicySaver

ติดตั้ง

หากคุณไม่ได้ติดตั้งการพึ่งพาต่อไปนี้ ให้เรียกใช้:

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y xvfb ffmpeg python-opengl
pip install pyglet
pip install 'imageio==2.4.0'
pip install 'xvfbwrapper==0.2.9'
pip install tf-agents[reverb]

from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function

import base64
import imageio
import io
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
import os
import shutil
import tempfile
import tensorflow as tf
import zipfile
import IPython

try:
  from google.colab import files
except ImportError:
  files = None
from tf_agents.agents.dqn import dqn_agent
from tf_agents.drivers import dynamic_step_driver
from tf_agents.environments import suite_gym
from tf_agents.environments import tf_py_environment
from tf_agents.eval import metric_utils
from tf_agents.metrics import tf_metrics
from tf_agents.networks import q_network
from tf_agents.policies import policy_saver
from tf_agents.policies import py_tf_eager_policy
from tf_agents.policies import random_tf_policy
from tf_agents.replay_buffers import tf_uniform_replay_buffer
from tf_agents.trajectories import trajectory
from tf_agents.utils import common

tempdir = os.getenv("TEST_TMPDIR", tempfile.gettempdir())

# Set up a virtual display for rendering OpenAI gym environments.
import xvfbwrapper
xvfbwrapper.Xvfb(1400, 900, 24).start()

ตัวแทน DQN

เราจะตั้งค่าตัวแทน DQN เช่นเดียวกับใน colab ก่อนหน้า รายละเอียดจะถูกซ่อนไว้โดยค่าเริ่มต้น เนื่องจากไม่ใช่ส่วนหลักของ colab นี้ แต่คุณสามารถคลิกที่ 'แสดงรหัส' เพื่อดูรายละเอียดได้

ไฮเปอร์พารามิเตอร์

env_name = "CartPole-v1"

collect_steps_per_iteration = 100
replay_buffer_capacity = 100000

fc_layer_params = (100,)

batch_size = 64
learning_rate = 1e-3
log_interval = 5

num_eval_episodes = 10
eval_interval = 1000

สิ่งแวดล้อม

train_py_env = suite_gym.load(env_name)
eval_py_env = suite_gym.load(env_name)

train_env = tf_py_environment.TFPyEnvironment(train_py_env)
eval_env = tf_py_environment.TFPyEnvironment(eval_py_env)

ตัวแทน

สลับรหัส

q_net = q_network.QNetwork(
    train_env.observation_spec(),
    train_env.action_spec(),
    fc_layer_params=fc_layer_params)

optimizer = tf.compat.v1.train.AdamOptimizer(learning_rate=learning_rate)

global_step = tf.compat.v1.train.get_or_create_global_step()

agent = dqn_agent.DqnAgent(
    train_env.time_step_spec(),
    train_env.action_spec(),
    q_network=q_net,
    optimizer=optimizer,
    td_errors_loss_fn=common.element_wise_squared_loss,
    train_step_counter=global_step)
agent.initialize()

การเก็บรวบรวมข้อมูล

สลับรหัส

replay_buffer = tf_uniform_replay_buffer.TFUniformReplayBuffer(
    data_spec=agent.collect_data_spec,
    batch_size=train_env.batch_size,
    max_length=replay_buffer_capacity)

collect_driver = dynamic_step_driver.DynamicStepDriver(
    train_env,
    agent.collect_policy,
    observers=[replay_buffer.add_batch],
    num_steps=collect_steps_per_iteration)

# Initial data collection
collect_driver.run()

# Dataset generates trajectories with shape [BxTx...] where
# T = n_step_update + 1.
dataset = replay_buffer.as_dataset(
    num_parallel_calls=3, sample_batch_size=batch_size,
    num_steps=2).prefetch(3)

iterator = iter(dataset)

WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/autograph/impl/api.py:383: ReplayBuffer.get_next (from tf_agents.replay_buffers.replay_buffer) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use `as_dataset(..., single_deterministic_pass=False) instead.

อบรมตัวแทน

สลับรหัส

# (Optional) Optimize by wrapping some of the code in a graph using TF function.
agent.train = common.function(agent.train)

def train_one_iteration():

  # Collect a few steps using collect_policy and save to the replay buffer.
  collect_driver.run()

  # Sample a batch of data from the buffer and update the agent's network.
  experience, unused_info = next(iterator)
  train_loss = agent.train(experience)

  iteration = agent.train_step_counter.numpy()
  print ('iteration: {0} loss: {1}'.format(iteration, train_loss.loss))

การสร้างวิดีโอ

สลับรหัส

def embed_gif(gif_buffer):
  """Embeds a gif file in the notebook."""
  tag = '<img src="data:image/gif;base64,{0}"/>'.format(base64.b64encode(gif_buffer).decode())
  return IPython.display.HTML(tag)

def run_episodes_and_create_video(policy, eval_tf_env, eval_py_env):
  num_episodes = 3
  frames = []
  for _ in range(num_episodes):
    time_step = eval_tf_env.reset()
    frames.append(eval_py_env.render())
    while not time_step.is_last():
      action_step = policy.action(time_step)
      time_step = eval_tf_env.step(action_step.action)
      frames.append(eval_py_env.render())
  gif_file = io.BytesIO()
  imageio.mimsave(gif_file, frames, format='gif', fps=60)
  IPython.display.display(embed_gif(gif_file.getvalue()))

สร้างวิดีโอ

ตรวจสอบประสิทธิภาพของนโยบายโดยการสร้างวิดีโอ

print ('global_step:')
print (global_step)
run_episodes_and_create_video(agent.policy, eval_env, eval_py_env)

global_step:
<tf.Variable 'global_step:0' shape=() dtype=int64, numpy=0>

ตั้งค่า Checkpointer และ PolicySaver

ตอนนี้เราพร้อมที่จะใช้ Checkpointer และ PolicySaver แล้ว

ด่านตรวจ

checkpoint_dir = os.path.join(tempdir, 'checkpoint')
train_checkpointer = common.Checkpointer(
    ckpt_dir=checkpoint_dir,
    max_to_keep=1,
    agent=agent,
    policy=agent.policy,
    replay_buffer=replay_buffer,
    global_step=global_step
)

ตัวรักษานโยบาย

policy_dir = os.path.join(tempdir, 'policy')
tf_policy_saver = policy_saver.PolicySaver(agent.policy)

2022-01-20 12:15:14.054931: W tensorflow/python/util/util.cc:368] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them.

ฝึกวนซ้ำ

print('Training one iteration....')
train_one_iteration()

Training one iteration....
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/util/dispatch.py:1096: calling foldr_v2 (from tensorflow.python.ops.functional_ops) with back_prop=False is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
back_prop=False is deprecated. Consider using tf.stop_gradient instead.
Instead of:
results = tf.foldr(fn, elems, back_prop=False)
Use:
results = tf.nest.map_structure(tf.stop_gradient, tf.foldr(fn, elems))
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/util/dispatch.py:1096: calling foldr_v2 (from tensorflow.python.ops.functional_ops) with back_prop=False is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
back_prop=False is deprecated. Consider using tf.stop_gradient instead.
Instead of:
results = tf.foldr(fn, elems, back_prop=False)
Use:
results = tf.nest.map_structure(tf.stop_gradient, tf.foldr(fn, elems))
iteration: 1 loss: 1.0214563608169556

บันทึกลงด่าน

train_checkpointer.save(global_step)

คืนค่าด่าน

เพื่อให้ใช้งานได้ ควรสร้างออบเจ็กต์ทั้งชุดในลักษณะเดียวกับเมื่อสร้างจุดตรวจ

train_checkpointer.initialize_or_restore()
global_step = tf.compat.v1.train.get_global_step()

บันทึกนโยบายและส่งออกไปยังตำแหน่งด้วย

tf_policy_saver.save(policy_dir)

WARNING:absl:Function `function_with_signature` contains input name(s) 0/step_type, 0/reward, 0/discount, 0/observation with unsupported characters which will be renamed to step_type, reward, discount, observation in the SavedModel.
WARNING:absl:Found untraced functions such as QNetwork_layer_call_fn, QNetwork_layer_call_and_return_conditional_losses, EncodingNetwork_layer_call_fn, EncodingNetwork_layer_call_and_return_conditional_losses, dense_1_layer_call_fn while saving (showing 5 of 25). These functions will not be directly callable after loading.
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/policy/assets
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/saved_model/nested_structure_coder.py:561: UserWarning: Encoding a StructuredValue with type tf_agents.policies.greedy_policy.DeterministicWithLogProb_ACTTypeSpec; loading this StructuredValue will require that this type be imported and registered.
  "imported and registered." % type_spec_class_name)
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/policy/assets

สามารถโหลดนโยบายได้โดยไม่ต้องรู้ว่ามีการใช้ตัวแทนหรือเครือข่ายใดในการสร้าง ทำให้การปรับใช้นโยบายง่ายขึ้นมาก

โหลดนโยบายที่บันทึกไว้และตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไร

saved_policy = tf.saved_model.load(policy_dir)
run_episodes_and_create_video(saved_policy, eval_env, eval_py_env)

ส่งออกและนำเข้า

ส่วนที่เหลือของ colab จะช่วยคุณส่งออก / นำเข้าจุดตรวจสอบและไดเร็กทอรีนโยบายเพื่อให้คุณสามารถดำเนินการฝึกอบรมต่อในภายหลังและปรับใช้โมเดลโดยไม่ต้องฝึกอีกครั้ง

ตอนนี้คุณสามารถกลับไปที่ 'ฝึกซ้ำหนึ่งซ้ำ' และฝึกอีกสองสามครั้งเพื่อให้คุณสามารถเข้าใจความแตกต่างได้ในภายหลัง เมื่อคุณเริ่มเห็นผลลัพธ์ที่ดีขึ้นเล็กน้อย ให้ดำเนินการต่อด้านล่าง

สร้างไฟล์ zip และอัปโหลดไฟล์ zip (ดับเบิลคลิกเพื่อดูรหัส)

สลับรหัส

def create_zip_file(dirname, base_filename):
  return shutil.make_archive(base_filename, 'zip', dirname)

def upload_and_unzip_file_to(dirname):
  if files is None:
    return
  uploaded = files.upload()
  for fn in uploaded.keys():
    print('User uploaded file "{name}" with length {length} bytes'.format(
        name=fn, length=len(uploaded[fn])))
    shutil.rmtree(dirname)
    zip_files = zipfile.ZipFile(io.BytesIO(uploaded[fn]), 'r')
    zip_files.extractall(dirname)
    zip_files.close()

สร้างไฟล์ซิปจากไดเร็กทอรีจุดตรวจสอบ

train_checkpointer.save(global_step)
checkpoint_zip_filename = create_zip_file(checkpoint_dir, os.path.join(tempdir, 'exported_cp'))

ดาวน์โหลดไฟล์ซิป

if files is not None:
  files.download(checkpoint_zip_filename) # try again if this fails: https://github.com/googlecolab/colabtools/issues/469

หลังจากการฝึกมาระยะหนึ่ง (10-15 ครั้ง) ให้ดาวน์โหลดไฟล์ zip ของจุดตรวจ และไปที่ "รันไทม์ > รีสตาร์ทและเรียกใช้ทั้งหมด" เพื่อรีเซ็ตการฝึก แล้วกลับมาที่เซลล์นี้ ตอนนี้คุณสามารถอัปโหลดไฟล์ zip ที่ดาวน์โหลดและดำเนินการฝึกอบรมต่อได้

upload_and_unzip_file_to(checkpoint_dir)
train_checkpointer.initialize_or_restore()
global_step = tf.compat.v1.train.get_global_step()

เมื่อคุณอัปโหลดไดเรกทอรีจุดตรวจสอบแล้ว ให้กลับไปที่ 'ฝึกการวนซ้ำหนึ่งครั้ง' เพื่อดำเนินการฝึกอบรมต่อ หรือกลับไปที่ 'สร้างวิดีโอ' เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของนโยบายที่โหลดไว้

หรือคุณสามารถบันทึกนโยบาย (รุ่น) และกู้คืนได้ คุณไม่สามารถดำเนินการฝึกอบรมต่อได้ ซึ่งแตกต่างจากจุดตรวจสอบ แต่คุณยังสามารถปรับใช้โมเดลได้ โปรดทราบว่าไฟล์ที่ดาวน์โหลดนั้นเล็กกว่าไฟล์ของจุดตรวจสอบมาก

tf_policy_saver.save(policy_dir)
policy_zip_filename = create_zip_file(policy_dir, os.path.join(tempdir, 'exported_policy'))

WARNING:absl:Function `function_with_signature` contains input name(s) 0/step_type, 0/reward, 0/discount, 0/observation with unsupported characters which will be renamed to step_type, reward, discount, observation in the SavedModel.
WARNING:absl:Found untraced functions such as QNetwork_layer_call_fn, QNetwork_layer_call_and_return_conditional_losses, EncodingNetwork_layer_call_fn, EncodingNetwork_layer_call_and_return_conditional_losses, dense_1_layer_call_fn while saving (showing 5 of 25). These functions will not be directly callable after loading.
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/policy/assets
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/saved_model/nested_structure_coder.py:561: UserWarning: Encoding a StructuredValue with type tf_agents.policies.greedy_policy.DeterministicWithLogProb_ACTTypeSpec; loading this StructuredValue will require that this type be imported and registered.
  "imported and registered." % type_spec_class_name)
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/policy/assets

if files is not None:
  files.download(policy_zip_filename) # try again if this fails: https://github.com/googlecolab/colabtools/issues/469

อัปโหลดไดเร็กทอรีนโยบายที่ดาวน์โหลด (exported_policy.zip) และตรวจสอบว่านโยบายที่บันทึกไว้ทำงานอย่างไร

upload_and_unzip_file_to(policy_dir)
saved_policy = tf.saved_model.load(policy_dir)
run_episodes_and_create_video(saved_policy, eval_env, eval_py_env)

ที่บันทึกไว้รุ่นPyTFEagerPolicy

หากคุณไม่ต้องการที่จะใช้นโยบาย TF แล้วคุณยังสามารถใช้ saved_model โดยตรงกับ env งูใหญ่ผ่านการใช้ py_tf_eager_policy.SavedModelPyTFEagerPolicy

โปรดทราบว่าใช้งานได้เฉพาะเมื่อเปิดใช้งานโหมดกระตือรือร้น

eager_py_policy = py_tf_eager_policy.SavedModelPyTFEagerPolicy(
    policy_dir, eval_py_env.time_step_spec(), eval_py_env.action_spec())

# Note that we're passing eval_py_env not eval_env.
run_episodes_and_create_video(eager_py_policy, eval_py_env, eval_py_env)

แปลงนโยบายเป็น TFLite

ดู แปลง TensorFlow Lite สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

converter = tf.lite.TFLiteConverter.from_saved_model(policy_dir, signature_keys=["action"])
tflite_policy = converter.convert()
with open(os.path.join(tempdir, 'policy.tflite'), 'wb') as f:
  f.write(tflite_policy)

2022-01-20 12:15:59.646042: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:363] Ignored output_format.
2022-01-20 12:15:59.646082: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:366] Ignored drop_control_dependency.
2022-01-20 12:15:59.646088: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:372] Ignored change_concat_input_ranges.
WARNING:absl:Buffer deduplication procedure will be skipped when flatbuffer library is not properly loaded

เรียกใช้การอนุมานบนโมเดล TFLite

ดู TensorFlow Lite อนุมาน สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

import numpy as np
interpreter = tf.lite.Interpreter(os.path.join(tempdir, 'policy.tflite'))

policy_runner = interpreter.get_signature_runner()
print(policy_runner._inputs)

{'0/discount': 1, '0/observation': 2, '0/reward': 3, '0/step_type': 0}

policy_runner(**{
    '0/discount':tf.constant(0.0),
    '0/observation':tf.zeros([1,4]),
    '0/reward':tf.constant(0.0),
    '0/step_type':tf.constant(0)})

{'action': array([0])}