update the data organization part.

add_depthwiseConv_op_gpu
ying 7 years ago
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commit 878e6f7c54

@ -115,15 +115,15 @@
- `Argument` 并不真正“存储”数据,而是将输入/输出数据有机地组织在一起。
- 在`Argument`内部由1. `Matrix`(二维矩阵,存储浮点类型输入/输出2. `IVector`(一维数组,**仅用于存储整型值**,多用于自然语言处理任务)来实际存储数据。
*注:这篇文档使用的示例任务手写数字识别不涉及一维整型序列输入/输出,因此不讨论一维整型输入/输出数据相关的内容。更多信息请参考:[输入数据组织](organization_of_the_inputs.md)。*
*注:这篇文档使用的示例任务手写数字识别不涉及一维整型序列输入/输出,因此不讨论一维整型输入/输出数据相关的内容。更多信息请参考:[输入/输出数据组织](organization_of_the_inputs.md)。*
这篇文档的后部分,我们会使用`argument`来**特指** PaddlePaddle C-API中神经网的一个输入/输出,使用`matrix`**特指**`argument`中用于存储数据的`Matrix`类的对象,用`ivector`特指`argument`中用于存储数据的`IVector`类的对象。
这篇文档的后部分会使用`argument`来**特指** PaddlePaddle C-API中神经网的一个输入/输出,使用`paddle_matrix`**特指**`argument`中用于存储数据的`Matrix`类的对象。
于是,在组织神经网络输入,获取输出时,需要思考完成以下工作:
1. 为每一个输入/输出创建`argument`
1. 为每一个`argument`创建`matrix`或者`ivector`来存储数据;
1. 为每一个`argument`创建`paddle_matrix`来存储数据;
与输入不同的是,输出`argument`的`matrix`变量并不需在使用C-API时为之分配存储空间。PaddlePaddle内部神经网络进行前向计算时会自己分配/管理每个计算层的存储空间这些细节C-API会代为处理只需在概念上理解并按照约定调用相关的 C-API 接口即可。
与输入不同的是,输出`argument`的`paddle_matrix`变量并不需在使用C-API时为之分配存储空间。PaddlePaddle内部神经网络进行前向计算时会自己分配/管理每个计算层的存储空间这些细节C-API会代为处理只需在概念上理解并按照约定调用相关的 C-API 接口即可。
下面是示例代码片段。在这段代码中,生成了一条随机输入数据作为测试样本。
```c

Binary file not shown.

Before

Width:  |  Height:  |  Size: 170 KiB

After

Width:  |  Height:  |  Size: 361 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 470 KiB

@ -13,40 +13,22 @@
1. 一维数组**仅支持整型值**
- 常用于自然语言处理任务,例如:表示词语在词典中的序号;
- 分类任务中类别标签;
1. 逻辑上高于二维的数据(例如含有多个通道的图片,视频等)在程序实现中都会转化为二维矩阵,转化方法在相应的领域都有通用解决方案,需要使用者自己了解相关的转化表示方法;
1. 二维矩阵可以表示行向量和列向量任何时候如果需要浮点型数组向量都应使用C-API中的矩阵来表示而不是C-API中的一维数组。
不论是一维整型数组还是二维浮点数矩阵,**为它们附加上序列信息将变成序列输入。PaddlePaddle 会通过判数据是否附带有序列信息来判断一个向量/矩阵是否是一个序列**。关于什么是“序列信息”,下文会进行详细地介绍。
PaddlePaddle 支持两种序列类型:
1. 单层序列
- 序列中的每一个元素是非序列,是进行计算的基本单位,不可再进行拆分。
- 例如:自然语言中的句子是一个序列,序列中的元素是词语;
1. 双层序列
- 序列中的每一个元素又是一个序列。
- 例如:自然语言中的段落是一个双层序列;段落是有句子构成的序列;句子是由词语构成的序列。
- 双层序列在处理长序列的任务或是构建层级模型时会发挥作用。
1. 逻辑上高于二维的数据(例如含有多个通道的图片,视频等)在程序实现中都会转化为二维矩阵,转化方法在相应的领域都有通用解决方案,需要使用者自己了解并完成转化;
1. 二维矩阵可以表示行向量和列向量任何时候如果需要浮点型数组向量都应使用C-API中的矩阵来表示而不是C-API中的一维数组。
1. 不论是一维整型数组还是二维浮点数矩阵,**为它们附加上序列信息将变成序列输入。PaddlePaddle 会通过判数据是否附带有序列信息来判断一个向量/矩阵是否是一个序列**。当非序列输入时,无需关心和处理序列信息。关于什么是“序列信息”,下文会详细进行介绍。
### 基本使用概念
- 在PaddlePaddle内部神经网络中一个计算层的输入/输出被组织为一个 `Argument` 结构体,如果神经网络有多个输入或者多个输入,每一个输入/输入都会对应有自己的`Argument`。
- `Argument` 并不真正“存储”数据,而是将输入/输出信息有机地组织在一起。
- 在`Argument`内部由`IVector`(对应着上文提到的一维整型数组)和`Matrix`(对应着上文提到的二维浮点型矩阵)来实际存储数据;由 `sequence start position` (下文详细解释) 来记录输入/输出的序列信息。
- 在`Argument`内部由`IVector`(对应着上文提到的一维整型数组)和`Matrix`(对应着上文提到的二维浮点型矩阵)来实际存储数据;由 `Sequence Start Positions` (下文详细解释) 来描述输入/输出的序列信息。
**注意:这篇文档之后部分将会统一使用`argument`来特指PaddlePaddle中神经网络计算层一个输入/输出数据;使用`ivector`来特指PaddlePaddle中的一维整型数组使用`matrix`来特指PaddlePaddle中的二维浮点型矩阵使用`sequence_start_position`来特指PaddlePaddle中的序列信息。**
- **注**
1. 这篇文档之后部分将会统一使用`argument`来特指PaddlePaddle中神经网络计算层一个输入/输出数据。
2. 使用`paddle_ivector`来特指PaddlePaddle中的一维整型数组。
3. 使用`paddle_matrix`来特指PaddlePaddle中的二维浮点型矩阵。
于是,在组织神经网络输入时,需要思考完成以下工作:
1. 为每一个输入/输出创建`argument`。
- C-API 中操作`argument`的接口请查看[argument.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h)。
1. 为每一个`argument`创建`matrix`或者`ivector`来存储数据。
- C-API 中操作`ivector`的接口请查看 [vector.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/vector.h)。
- C-API 中操作`matrix`的接口请查看[matrix.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/matrix.h)。
1. 如果输入是序列数据,需要创建并填写`sequence_start_position`信息。
- 通过调用 [`paddle_arguments_set_sequence_start_pos`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h#L137) 来为一个`argument`添加序列信息;
- 通过调用 [`paddle_arguments_get_sequence_start_pos`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h#L150) 来读取一个`argument`添加序列信息;
- 接口说明请查看 [argument.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h) 文件。
### 组织非序列数据
### 组织输入数据
- 一维整型数组
概念上可以将`paddle_ivector`理解为一个一维的整型数组,通常用于表示离散的类别标签,或是在自然语言处理任务中表示词语在字典中的序号。下面的代码片段创建了含有三个元素`1`、`2`、`3`的`paddle_ivector`。
@ -56,6 +38,7 @@ PaddlePaddle 支持两种序列类型:
paddle_ivector_create(ids, sizeof(ids) / sizeof(int), false, false);
CHECK(paddle_arguments_set_ids(in_args, 0, ids_array));
```
- **稠密矩阵**
- 一个$m×n$的稠密矩阵是一个由$m$行$n$列元素排列成的矩形阵列,矩阵里的元素是浮点数。对神经网络来说,矩阵的高度$m$是一次预测接受的样本数目,宽度$n$是神经网络定义时,`paddle.layer.data`的`size`。
- 下面的代码片段创建了一个高度为1宽度为`layer_size`的稠密矩阵,矩阵中每个元素的值随机生成。
@ -83,17 +66,20 @@ PaddlePaddle 支持两种序列类型:
- **稀疏矩阵**
PaddlePaddle C-API 中 稀疏矩阵使用[CSRCompressed Sparse Row Format](https://en.wikipedia.org/wiki/Sparse_matrix#Compressed_sparse_row_(CSR,_CRS_or_Yale_format))格式存储。下图是CSR存储稀疏矩阵的示意图在CSR表示方式中通过1行偏移2列号3来决定矩阵的内容
PaddlePaddle C-API 中 稀疏矩阵使用[CSRCompressed Sparse Row Format](https://en.wikipedia.org/wiki/Sparse_matrix#Compressed_sparse_row_(CSR,_CRS_or_Yale_format))格式存储。下图是CSR存储稀疏矩阵的示意图。
<p align="center">
<img src="images/csr.png" width=75%></br>图1. CSR存储示意图.
<img src="images/csr.png" width=70%></br>图1. CSR存储示意图.
</p>
在PaddlePaddle C-API中通过以下接口创建稀疏矩阵
CSR存储格式通过1非零元素的值上图中的`values`2行偏移(上图中的`row offsets`):每一行元素在`values`中的起始偏移,`row offsets`中元素个数总是等于行数 + 13非零元素的列号上图中的`column indices`)来确定稀疏矩阵的内容。
在PaddlePaddle C-API中通过调用以下接口创建稀疏矩阵
```cpp
PD_API paddle_matrix paddle_matrix_create_sparse(
uint64_t height, uint64_t width, uint64_t nnz, bool isBinary, bool useGpu);
```
1. 创建稀疏矩阵时需要显示地指定矩阵的1高度`height`在神经网络中等于一次预测处理的样本数2宽度`width``paddle.layer.data`的`size`以及3非零元个数`nnz`)。
1. 当上述接口第4个参数`isBinary`指定为`true`时,**只需要设置行偏移(`row_offset`)和列号(`colum indices`),不需要提供元素值(`values`**这时行偏移和列号指定的元素默认其值为1。
@ -129,26 +115,124 @@ PaddlePaddle 支持两种序列类型:
sizeof(values) / sizeof(float)));
```
### 组织序列数据
- 注意事项:
1. 移动端预测**不支持**稀疏矩阵及相关的接口。
### 组织序列信息
多个排成一列的元素(可以是整型、浮点数、浮点数向量等)构成一个序列,元素之间的顺序是序列所携带的重要信息。不同序列可能会含有不同数目个元素。在 PaddlePaddle 中,序列输入/输出数据是在上文介绍的**数据输入(一维整型数组,二维浮点数矩阵)基础上,附加上序列信息**。下面详细解释什么是“序列信息”。
### Python 端数据类型说明
我们将神经网络一次计算接受的所有输入样本称之为一个`batch`(可以含有一条或多条样本),每一个序列在整个`batch`中的偏移就是PaddlePaddle中所指的**序列信息**称之为“sequence start positions”。PaddlePaddle 支持两种序列类型:
下表列出了Python端训练接口暴露的数据类型`paddle.layer.data`函数`type`字段的取值对应于调用C-API时需要创建的数据类型
1. 单层序列
- 序列中的每一个元素是非序列,是进行计算的基本单位,不可再进行拆分。
- 例如:自然语言中的句子是一个序列,序列中的元素是词语;
1. 双层序列
- 序列中的每一个元素又是一个序列。
- 例如:自然语言中的段落是一个双层序列;段落是由句子构成的序列;句子是由词语构成的序列。
- 双层序列在处理长序列的任务或是构建层级模型时会发挥作用。
这篇文档之后部分会统一使用`sequence_start_positions`来特指PaddlePaddle中神经网络计算层输入/输出所携带的序列信息。
对双层序列来讲,不仅要提供每一个外层序列在整个`batch`中的偏移,每一个外层序列又含有若干个内层序列,需要同时提供每一个内层序列在整个`batch`中的偏移。也就是说:**双层序列需要设置分别为外层序列和内层序列分别设置`sequence_start_positions`信息**。
**注:**
1. 不论序列中的元素在内存中占用多少实际存储空间,`sequence_start_positions`表示的偏移是以“序列中的一个元素”作为统计的基本单位,而不是相对`batch`起始存储地址以数据的存储大小为单位的偏移。
2. 非序列输入不携带`sequence_start_positions`,非序列输入无需构造`sequence_start_positions`。
3. **不论是单层序列还是双层序列的序列信息,都使用`paddle_ivector`也就是PaddlePaddle中的一维整型数组来存储。**
图2 是PaddlePaddle中单层序列和双层序列存储示意图。
<p align="center">
<img src="images/sequence_data.png" width=80%></br>图2. 序列输入示意图.
</p>
- 单层序列
图2 (a) 展示了一个含有4个序列的`batch`输入:
1. 4个序列的长度分别为5、3、2、4
2. 这时的`sequence_start_positions`为:`[0, 5, 8, 10, 14]`
3. 不论数据域是`paddle_ivector`类型还是`paddle_matrix`类型,都可以通过调用下面的接口为原有的数据输入附加上序列信息,使之变为一个单层序列输入,代码片段如下:
```cpp
int seq_pos_array[] = {0, 5, 8, 10, 14};
paddle_ivector seq_pos = paddle_ivector_create(
seq_pos_array, sizeof(seq_pos_array) / sizeof(int), false, false);
// Suppose the network only has one input data layer.
CHECK(paddle_arguments_set_sequence_start_pos(in_args, 0, 0, seq_pos));
```
- 双层序列
图2 (b) 展示了一个含有4个序列的`batch`输入;
1. 4个序列的长度分别为5、3、2、4这四个序列又分别含有3、2、1、2个子序列
1. 这时的需要同时提供:
- 1. 外层序列在`batch`中的起始偏移`[0, 5, 8, 10, 14]`
- 2. 内层序列在`batch`中的起始偏移:`[0, 2, 3, 5, 7 8 10 13 14]`
1. 不论数据域是`paddle_ivector`类型还是`paddle_matrix`类型,这时需要调用创建序列信息和为`argument`设置序列信息的接口**两次**,分别为数据输入添加外层序列和内层序列的序列信息,使之变为一个双层序列输入,代码片段如下:
```cpp
// set the sequence start positions for the outter sequences.
int outter_seq_pos_array[] = {0, 5, 8, 10, 14};
paddle_ivector seq_pos =
paddle_ivector_create(outter_seq_pos_array,
sizeof(outter_pos_array) / sizeof(int),
false,
false);
// The third parameter of this API indicates the sequence level.
// 0 for the outter sequence. 1 for the inner sequence.
// If the input is a sequence not the nested sequence, the third parameter is
// fixed to be 0.
CHECK(paddle_arguments_set_sequence_start_pos(in_args, 0, 0, seq_pos));
// set the sequence start positions for the outter sequences.
int inner_seq_pos_array[] = {0, 2, 3, 5, 7 8 10 13 14};
paddle_ivector seq_pos = paddle_ivector_create(
inner_pos_array, sizeof(inner_pos_array) / sizeof(int), false, false);
// The third parameter of this API indicates the sequence level.
// 0 for the outter sequence. 1 for the inner sequence.
CHECK(paddle_arguments_set_sequence_start_pos(in_args, 0, 1, seq_pos));
```
- 注意事项:
1. 当一个`batch`中含有多个序列,**不支持序列长度为`0`的序列(也就是空输入)** 作为输入。不同计算层对空输入的处理策略有可能不同,潜在会引起未定义行为,或者引起行时错误,请在输入时进行合法性检查。
### Python 端数据类型说明
下表列出了Python端训练接口暴露的数据类型`paddle.layer.data`函数`type`字段的取值对应于调用C-API需要创建的数据类型
Python 端数据类型 | C-API 输入数据类型|
:-------------: | :-------------:
`paddle.data_type.integer_value` |一维整型数组,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector` |二维浮点型稠密矩阵,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector` |二维浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1无需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector` |二维浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.integer_value_sequence` |一维整型数组,需附加序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector_sequence` |二维浮点型稠密矩阵,需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector_sequence` |二维浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector_sequence` |二维浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,需附加序列信息|
`paddle.data_type.integer_value_sub_sequence` |一维整型数组,需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector_sub_sequence` |二维浮点型稠密矩阵,需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector_sub_sequence` |二维浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector_sub_sequence` |二维浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.integer_value` |整型数组,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector` |浮点型稠密矩阵,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector` |浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1无需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector` |浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,无需附加序列信息|
`paddle.data_type.integer_value_sequence` |整型数组,需附加序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector_sequence` |浮点型稠密矩阵,需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector_sequence` |浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1需附加序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector_sequence` |浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,需附加序列信息|
`paddle.data_type.integer_value_sub_sequence` |整型数组,需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.dense_vector_sub_sequence` |浮点型稠密矩阵,需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.sparse_binary_vector_sub_sequence` |浮点型稀疏矩阵无需提供非零元的值默认为1需附加双层序列信息|
`paddle.data_type.sparse_vector_sub_sequence` |浮点型稀疏矩阵,需提供非零元的值,需附加双层序列信息|
### 输出数据
PaddlePaddle中一个计算层的输出数据组织方式和输入数据组织方式完全相同。一个输出数据同样被组织为一个`argument``argument`通过`paddle_matrix`或`paddle_ivector`存数数据,如果输出是一个序列,那么会携带有`sequence_start_positions`信息。调用C-API相关接口读取需要的结果即可。
### 总结
- 在PaddlePaddle内部神经网络中一个计算层的输入/输出被组织为`argument`。
- `argument`并不真正“存储”数据,而是将输入/输出信息有机地组织在一起。
- 在`argument`内部由`paddle_ivector`(一维整型数组)和`paddle_matrix`(二维浮点型矩阵)来实际存储数据。
如果是一个序列输入/输出由 `sequence start positions` 来记录输入/输出的序列信息。
于是,在组织神经网络输入时,需要思考完成以下工作:
1. 为每一个输入/输出创建`argument`。
- C-API 中操作`argument`的接口请查看[argument.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h)。
1. 为每一个`argument`创建`paddle_matrix`或者`paddle_ivector`来存储数据。
- C-API 中操作`paddle_ivector`的接口请查看 [vector.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/vector.h)。
- C-API 中操作`paddle_matrix`的接口请查看[matrix.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/matrix.h)。
1. 如果输入是序列数据,需要创建并填写`sequence_start_positions`信息。
- 通过调用 [`paddle_arguments_set_sequence_start_pos`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h#L137) 来为一个`argument`添加序列信息。
- 通过调用 [`paddle_arguments_get_sequence_start_pos`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h#L150) 来读取一个`argument`添加序列信息。
- 接口说明请查看 [argument.h](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/capi/arguments.h) 文件。

@ -1,5 +1,3 @@
- [编译 PaddlePaddle 链接库](compile_paddle_lib.md)
- [输入/输出数据组织](organization_of_the_inputs.md)
- [C-API 使用示例](a_simple_example.md)
- [输入数据组织](organize_input_data.md)
- [核心概念介绍](core_concepts.md)
- [F&Q]()

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