ดูบน TensorFlow.org | ทำงานใน Google Colab | ดูแหล่งที่มาบน GitHub | ดาวน์โหลดโน๊ตบุ๊ค | ดูรุ่น TF Hub |
ภาพรวม
TensorFlow Lite ขณะนี้สนับสนุนการแปลงน้ำหนักถึง 8 บิตความแม่นยำเป็นส่วนหนึ่งของการแปลงรูปแบบจาก graphdefs tensorflow เป็นรูปแบบบัฟเฟอร์แบน TensorFlow Lite ของ การหาปริมาณช่วงไดนามิกทำให้ขนาดโมเดลลดลง 4 เท่า นอกจากนี้ TFLite ยังรองรับการควอนไทซ์แบบทันทีและดีควอนไลซ์ของการเปิดใช้งานเพื่อให้สามารถ:
- การใช้เคอร์เนล quantized เพื่อการใช้งานที่รวดเร็วขึ้นเมื่อพร้อมใช้งาน
- การผสมเมล็ดแบบทศนิยมกับเมล็ดในเชิงปริมาณสำหรับส่วนต่างๆ ของกราฟ
การเปิดใช้งานจะถูกเก็บไว้ในจุดลอยตัวเสมอ สำหรับ ops ที่สนับสนุนเคอร์เนล quantized การเปิดใช้งานจะถูกกำหนดปริมาณเป็น 8 บิตของความแม่นยำแบบไดนามิกก่อนการประมวลผลและจะถูกลดขนาดลงเพื่อให้มีความแม่นยำแบบลอยหลังการประมวลผล ขึ้นอยู่กับรุ่นที่กำลังแปลง สิ่งนี้สามารถให้ความเร็วเหนือการคำนวณจุดทศนิยมที่แท้จริง
ในทางตรงกันข้ามกับ ควอนฝึกอบรมตระหนักถึง น้ำหนักที่มีการฝึกอบรม quantized โพสต์และการเปิดใช้งานจะถูก quantized แบบไดนามิกที่อนุมานในวิธีการนี้ ดังนั้น ตุ้มน้ำหนักของแบบจำลองจึงไม่ถูกฝึกใหม่เพื่อชดเชยข้อผิดพลาดที่เกิดจากการควอนไทเซชัน สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองเชิงปริมาณเพื่อให้แน่ใจว่าการย่อยสลายเป็นที่ยอมรับได้
บทช่วยสอนนี้จะฝึกโมเดล MNIST ตั้งแต่เริ่มต้น ตรวจสอบความแม่นยำใน TensorFlow แล้วแปลงโมเดลเป็นบัฟเฟอร์แบบแบน Tensorflow Lite พร้อมการหาปริมาณช่วงไดนามิก สุดท้ายจะตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองที่แปลงแล้วและเปรียบเทียบกับรุ่นลูกลอยดั้งเดิม
สร้างแบบจำลอง MNIST
ติดตั้ง
import logging
logging.getLogger("tensorflow").setLevel(logging.DEBUG)
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import numpy as np
import pathlib
ฝึกโมเดล 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>
ตัวอย่างเช่น เนื่องจากคุณฝึกโมเดลสำหรับยุคเดียว ดังนั้นโมเดลจึงฝึกฝนให้มีความแม่นยำเพียง ~96%
แปลงเป็นรุ่น TensorFlow Lite
ใช้งูหลาม TFLiteConverter ตอนนี้คุณสามารถแปลงรูปแบบการฝึกอบรมในรูปแบบ TensorFlow Lite
ตอนนี้โหลดรูปแบบโดยใช้ 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.
เขียนออกมาเป็นไฟล์ tflite:
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
เพื่อ quantize รูปแบบในการส่งออกตั้งค่า optimizations
ธงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับขนาด:
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
หมายเหตุวิธีแฟ้มผลเป็นประมาณ 1/4
ขนาด
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
เรียกใช้รุ่น TFLite
เรียกใช้โมเดล TensorFlow Lite โดยใช้ Python TensorFlow Lite Interpreter
โหลดแบบจำลองลงในล่าม
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()
ทดสอบโมเดลในภาพเดียว
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)
ประเมินรุ่น
# 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
ทำการประเมินซ้ำในแบบจำลองช่วงไดนามิกของช่วงไดนามิกเพื่อรับ:
print(evaluate_model(interpreter_quant))
0.95
ในตัวอย่างนี้ โมเดลที่บีบอัดไม่มีความแตกต่างในด้านความแม่นยำ
การเพิ่มประสิทธิภาพโมเดลที่มีอยู่
Resnets ที่มีเลเยอร์ก่อนการเปิดใช้งาน (Resnet-v2) นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานด้านการมองเห็น Pre-ผ่านการฝึกอบรมกราฟแช่แข็ง RESNET-v2-101 สามารถใช้ได้บน Tensorflow Hub
คุณสามารถแปลงกราฟที่ตรึงไว้เป็นบัฟเฟอร์แบบแบน TensorFLow Lite ด้วยการหาปริมาณโดย:
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
ขนาดโมเดลลดลงจาก 171 MB เป็น 43 MB ความถูกต้องของรูปแบบนี้ใน imagenet สามารถประเมินการใช้สคริปต์ที่ให้ไว้สำหรับ TFLite วัดความถูกต้อง
ความแม่นยำสูงสุดของโมเดล 1 อันดับแรกคือ 76.8 ซึ่งเหมือนกับโมเดลทศนิยม