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运行该示例前请安装Paddle1.6或更高版本和PaddleSlim

模型量化压缩教程

概述

该示例使用PaddleSlim提供的量化压缩API对检测模型进行压缩。 在阅读该示例前，建议您先了解以下内容：

已发布量化模型见压缩模型库

安装PaddleSlim

可按照PaddleSlim使用文档中的步骤安装PaddleSlim。

训练

根据 tools/train.py 编写压缩脚本train.py。脚本中量化的步骤如下。

定义量化配置

config = { 'weight_quantize_type': 'channel_wise_abs_max', 'activation_quantize_type': 'moving_average_abs_max', 'quantize_op_types': ['depthwise_conv2d', 'mul', 'conv2d'], 'not_quant_pattern': ['yolo_output'] }

如何配置以及含义请参考PaddleSlim 量化API。

插入量化反量化OP

使用PaddleSlim quant_aware API在Program中插入量化和反量化OP。

train_prog = quant_aware(train_prog, place, config, for_test=False)

关闭一些训练策略

因为量化要对Program做修改，所以一些会修改Program的训练策略需要关闭。sync_batch_norm 和量化多卡训练同时使用时会出错，原因暂不知，因此也需要将其关闭。

build_strategy.fuse_all_reduce_ops = False
build_strategy.sync_batch_norm = False

开始训练

您可以通过运行以下命令运行该示例。(该示例是在COCO数据集上训练yolov3-mobilenetv1, 替换模型和数据集的方法和检测库类似，直接替换相应的配置文件即可)

step1: 设置gpu卡

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0

step2: 开始训练

请在PaddleDetection根目录下运行。

python slim/quantization/train.py --not_quant_pattern yolo_output \
    --eval \
    -c ./configs/yolov3_mobilenet_v1.yml \
    -o max_iters=30000 \
    save_dir=./output/mobilenetv1 \
    LearningRate.base_lr=0.0001 \
    LearningRate.schedulers="[!PiecewiseDecay {gamma: 0.1, milestones: [10000]}]" \
    pretrain_weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov3_mobilenet_v1.tar

注意： 目前量化训练中只支持边训练边评估，所以训练时必需携带--eval参数，否则无法训练与保存模型。这个量化中的问题未来会持续改进。

通过命令行覆设置max_iters选项，因为量化的训练轮次比正常训练小很多，所以需要修改此选项。 如果要调整训练卡数，可根据需要调整配置文件yolov3_mobilenet_v1_voc.yml中的以下参数：

  • max_iters: 训练的总轮次。
  • LeaningRate.base_lr: 根据多卡的总batch_size调整base_lr，两者大小正相关，可以简单的按比例进行调整。
  • LearningRate.schedulers.PiecewiseDecay.milestones： 请根据batch size的变化对其调整。

通过python slim/quantization/train.py --help查看可配置参数。 通过python ./tools/configure.py help ${option_name}查看如何通过命令行覆盖配置文件中的参数。

PACT自定义量化

python slim/quantization/train.py \
    --eval \
    -c ./configs/yolov3_mobilenet_v3.yml \
    -o max_iters=30000 \
    save_dir=./output/mobilenetv3 \
    LearningRate.base_lr=0.0001 \
    LearningRate.schedulers="[!PiecewiseDecay {gamma: 0.1, milestones: [10000]}]" \
    pretrain_weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov3_mobilenet_v3.pdparams \
    --use_pact=True
  • 在量化训练时，将--use_pact=True，即可选择PACT自定义量化

训练时的模型结构

PaddleSlim 量化API文档中介绍了paddleslim.quant.quant_aware和paddleslim.quant.convert两个接口。 paddleslim.quant.quant_aware 作用是在网络中的conv2d、depthwise_conv2d、mul等算子的各个输入前插入连续的量化op和反量化op，并改变相应反向算子的某些输入。示例图如下：


图1：应用 paddleslim.quant.quant_aware 后的结果

保存断点（checkpoint）

在脚本中使用保存checkpoint的代码为：

# insert quantize op in eval_prog
eval_prog = quant_aware(eval_prog, place, config, for_test=True)
checkpoint.save(exe, eval_prog, os.path.join(save_dir, save_name))

边训练边测试

在脚本中边训练边测试得到的测试精度是基于图1中的网络结构进行的。

评估

最终评估模型

paddleslim.quant.convert 主要用于改变Program中量化op和反量化op的顺序，即将类似图1中的量化op和反量化op顺序改变为图2中的布局。除此之外，paddleslim.quant.convert 还会将conv2d、depthwise_conv2d、mul等算子参数变为量化后的int8_t范围内的值(但数据类型仍为float32)，示例如图2：


图2：paddleslim.quant.convert 后的结果

所以在调用 paddleslim.quant.convert 之后，才得到最终的量化模型。此模型可使用PaddleLite进行加载预测，可参见教程Paddle-Lite如何加载运行量化模型。

评估脚本

使用脚本slim/quantization/eval.py进行评估。

  • 定义配置。使用和训练脚本中一样的量化配置，以得到和量化训练时同样的模型。
  • 使用 paddleslim.quant.quant_aware 插入量化和反量化op。
  • 使用 paddleslim.quant.convert 改变op顺序，得到最终量化模型进行评估。

评估命令：

python slim/quantization/eval.py --not_quant_pattern yolo_output  -c ./configs/yolov3_mobilenet_v1.yml \
-o weights=./output/mobilenetv1/yolov3_mobilenet_v1/best_model

导出模型

使用脚本slim/quantization/export_model.py导出模型。

  • 定义配置。使用和训练脚本中一样的量化配置，以得到和量化训练时同样的模型。
  • 使用 paddleslim.quant.quant_aware 插入量化和反量化op。
  • 使用 paddleslim.quant.convert 改变op顺序，得到最终量化模型进行评估。

导出模型命令：

 python slim/quantization/export_model.py --not_quant_pattern yolo_output  -c ./configs/yolov3_mobilenet_v1.yml --output_dir ${save path} \
-o weights=./output/mobilenetv1/yolov3_mobilenet_v1/best_model

预测

python预测

在脚本slim/quantization/infer.py中展示了如何使用fluid python API加载使用预测模型进行预测。

运行命令示例:

python slim/quantization/infer.py --not_quant_pattern yolo_output \
-c ./configs/yolov3_mobilenet_v1.yml \
--infer_dir ./demo \
-o weights=./output/mobilenetv1/yolov3_mobilenet_v1/best_model

PaddleLite预测

导出模型步骤中导出的FP32模型可使用PaddleLite进行加载预测，可参见教程Paddle-Lite如何加载运行量化模型

量化模型

训练策略

  • 量化策略post为使用离线量化得到的模型，aware为在线量化训练得到的模型。

YOLOv3 on COCO

骨架网络 预训练权重 量化策略 输入尺寸 Box AP 下载
MobileNetV1 ImageNet post 608 27.9 下载链接
MobileNetV1 ImageNet post 416 28.0 下载链接
MobileNetV1 ImageNet post 320 26.0 下载链接
MobileNetV1 ImageNet aware 608 28.1 下载链接
MobileNetV1 ImageNet aware 416 28.2 下载链接
MobileNetV1 ImageNet aware 320 25.8 下载链接
ResNet34 ImageNet post 608 35.7 下载链接
ResNet34 ImageNet aware 608 35.2 下载链接
ResNet34 ImageNet aware 416 33.3 下载链接
ResNet34 ImageNet aware 320 30.3 下载链接
R50vd-dcn object365 aware 608 40.6 下载链接
R50vd-dcn object365 aware 416 37.5 下载链接
R50vd-dcn object365 aware 320 34.1 下载链接

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