Program

注意：默认情况下，Paddle Fluid内部默认含有 default_startup_program 和 default_main_program ，它们共享参数。 default_startup_program 只运行一次来初始化参数， default_main_program 在每个mini batch中运行并更新权重。

Program是Paddle Fluid对于计算图的一种静态描述，使用Program的构造函数可以创建一个Program。Program中包括至少一个 Block ，当 Block 中存在条件选择的控制流OP（例如 While 等）时，该Program将会含有嵌套着的 Block 即控制流外部的 Block 将包含着控制流内部的 Block ，而嵌套的 Block 的元素访问控制将由具体的控制流OP来决定。关于Program具体的结构和包含的类型请参阅 framework.proto 。

一个Program的集合通常包含初始化程序（startup_program）与主程序(main_program)，初始化程序是一个包含一些初始化工作的Program，主程序将会包含用来训练的网络结构和变量，在使用同一个 执行引擎 执行时他们会共享初始化工作的结果，例如初始化的参数。一个Program的集合可以被用来测试或者训练，被用来训练时， Paddle Fluid 将会利用所有用户使用的OP和变量来搭建一个训练网络，被用来测试时， 可以通过调用Program相关的接口例如：clone 剪去一些与测试无关的OP和变量，比如反向传播的OP和变量。

返回：创建的空的Program

返回值类型：Program

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. main_program = fluid.Program()
  4. startup_program = fluid.Program()
  5. with fluid.program_guard(main_program=main_program, startup_program=startup_program):
  6.     x = fluid.layers.data(name="x", shape=[-1, 784], dtype='float32')
  7.     y = fluid.layers.data(name="y", shape=[-1, 1], dtype='int32')
  8.     z = fluid.layers.fc(name="fc", input=x, size=10, act="relu")
  9.  
  10. # start_up program here will share fc's weight with main program
  11. print("main program is: {}".format(main_program))
  12.  
  13. print("start up program is: {}".format(startup_program))
  • to_string(throw_on_error, with_details=False)

将Program转换为字符串

  • 参数：
    • throw_on_error (bool) - 是否在没有设置必需字段时抛出异常。
    • with_details (bool) - 值为true时，打印更多关于变量和参数的信息，如trainable, optimize_attr等

返回： 将Program转换为字符串

返回类型： str

抛出异常： ValueError - 当 throw_on_error == true ，当没有设置任何必需的字段时，抛出 ValueError 。

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. a = fluid.layers.data(name="X", shape=[2,3], dtype="float32", append_batch_size=False)
  5. c = fluid.layers.fc(a, size=3)
  6. prog_string = prog.to_string(throw_on_error=True, with_details=False)
  7. prog_string_with_details = prog.to_string(throw_on_error=False, with_details=True)
  8. print(prog_string)
  9. print("\n =============== with_details =============== \n")
  10. print(prog_string_with_details)
  • clone(for_test=False)
  • 注意:

  1. Program.clone() 方法不会克隆例如 DataLoader 这样的数据读取相关的部分，这可能会造成的数据读取部分在克隆后丢失

  2. 此API当 for_test=True 时将会裁剪部分OP和变量。为防止错误的裁剪，推荐在 append_backward 和执行优化器之前使用 clone(for_test=True) 。

当 for_test=True 时创建一个新的、仅包含当前Program前向内容的Program。否则创建一个新的，和当前Program完全相同的Program

有些OP，在训练和测试之间的行为是不同的，比如 batch_norm 。它们有一个属性 is_test 来控制行为。当 for_test=True 时，此方法将把它们的 is_test 属性更改为True。

  • 克隆Program用于训练时，将 for_test 设置为False。
  • 克隆Program用于测试时，将 for_test 设置为True。虽然在这种情况下，如果在使用了优化器之后调用 clone 我们依旧会对Program当中反向执行以及优化器相关的内容进行自动裁剪，但是，我们强烈建议在使用优化器之前使用 clone 例如如果使用的是 Momentum 可以这样去使用:

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2. ## 我们推荐在使用 Optimizer前使用clone()接口
  3. test_program = fluid.default_main_program().clone(for_test=True)
  4. optimizer = fluid.optimizer.Momentum(learning_rate=0.01, momentum=0.9)
  5. optimizer.minimize()
  • 参数：
    • for_test (bool) – 取值为True时，clone方法内部会把operator的属性 is_test 设置为 True， 并裁剪反向OP和参数优化OP

返回：当 for_test=True 时返回一个新的、仅包含当前Program前向内容的Program。否则返回一个新的，和当前Program完全相同的Program

返回类型： Program

代码示例

注意，Program在clone后的顺序可能不同，这不会影响的训练或测试进程。在下面的示例中，我们提供了一个简单的方法print_prog（Program）来打印程序描述，以确保clone后仍能得到同样的打印结果：

  1. import paddle.fluid as fluid
  2. import six
  3.  
  4. def print_prog(prog):
  5.     for name, value in sorted(six.iteritems(prog.block(0).vars)):
  6.         print(value)
  7.     for op in prog.block(0).ops:
  8.         print("op type is {}".format(op.type))
  9.         print("op inputs are {}".format(op.input_arg_names))
  10.         print("op outputs are {}".format(op.output_arg_names))
  11.         for key, value in sorted(six.iteritems(op.all_attrs())):
  12.             if key not in ['op_callstack', 'op_role_var']:
  13.                 print(" [ attrs: {}:   {} ]".format(key, value))

1.克隆一个Program，示例代码如下。

  1. import paddle.fluid as fluid
  2. import six
  3.  
  4. def print_prog(prog):
  5.     for name, value in sorted(six.iteritems(prog.block(0).vars)):
  6.         print(value)
  7.     for op in prog.block(0).ops:
  8.         print("op type is {}".format(op.type))
  9.         print("op inputs are {}".format(op.input_arg_names))
  10.         print("op outputs are {}".format(op.output_arg_names))
  11.         for key, value in sorted(six.iteritems(op.all_attrs())):
  12.             if key not in ['op_callstack', 'op_role_var']:
  13.                 print(" [ attrs: {}:   {} ]".format(key, value))
  14.  
  15. train_program = fluid.Program()
  16. startup_program = fluid.Program()
  17.  
  18. # ``startup_program`` 被用来执行一些参数初始化工作
  19. # ``main_program`` 被用来容纳网络
  20. with fluid.program_guard(train_program, startup_program):
  21.     with fluid.unique_name.guard():
  22.         img = fluid.layers.data(name='image', shape=[784])
  23.         hidden = fluid.layers.fc(input=img, size=200, act='relu')
  24.         hidden = fluid.layers.dropout(hidden, dropout_prob=0.5)
  25.         loss = fluid.layers.cross_entropy(
  26.                                   input=fluid.layers.fc(hidden, size=10, act='softmax'),
  27.                     label=fluid.layers.data(name='label', shape=[1], dtype='int64'))
  28.         avg_loss = fluid.layers.mean(loss)
  29.         test_program = train_program.clone(for_test=False)
  30. print_prog(test_program)
  31.  
  32. # 由于需要使训练和测试参数共享，我们需要使用训练的 ``startup_program``
  33. # 来代替测试用的 ``startup_program``, 尽管测试的 ``startup_program`` 里面什么也没有。
  34.  
  35. # 在Paddle Fluid中我们会通过同样的变量名来共享权重.
  36. # 训练和测试程序的所有参数将会拥有同样的名字，这将会使训练和测试程序实现参数的共享，
  37. # 所以我们使用训练程序的 ``startup_program`` .并且由于测试的 ``startup_program`` 什么也没有,
  38. # 因此它是一个新的程序.
  39. with fluid.program_guard(train_program, startup_program):
  40.     with fluid.unique_name.guard():
  41.         sgd = fluid.optimizer.SGD(learning_rate=1e-3)
  42.         sgd.minimize(avg_loss)

2.如果分别运行 train Program 和 test Program，则可以不使用clone。

  1. import paddle.fluid as fluid
  2. import six
  3.  
  4. def print_prog(prog):
  5.     for name, value in sorted(six.iteritems(prog.block(0).vars)):
  6.         print(value)
  7.     for op in prog.block(0).ops:
  8.         print("op type is {}".format(op.type))
  9.         print("op inputs are {}".format(op.input_arg_names))
  10.         print("op outputs are {}".format(op.output_arg_names))
  11.         for key, value in sorted(six.iteritems(op.all_attrs())):
  12.             if key not in ['op_callstack', 'op_role_var']:
  13.                 print(" [ attrs: {}:   {} ]".format(key, value))
  14. def network(is_test):
  15.     img = fluid.layers.data(name='image', shape=[784])
  16.     hidden = fluid.layers.fc(input=img, size=200, act='relu')
  17.     hidden = fluid.layers.dropout(hidden, dropout_prob=0.5)
  18.     loss = fluid.layers.cross_entropy(
  19.         input=fluid.layers.fc(hidden, size=10, act='softmax'),
  20.         label=fluid.layers.data(name='label', shape=[1], dtype='int64'))
  21.     avg_loss = fluid.layers.mean(loss)
  22.     return avg_loss
  23.  
  24. train_program_2 = fluid.Program()
  25. startup_program_2 = fluid.Program()
  26. test_program_2 = fluid.Program()
  27. with fluid.program_guard(train_program_2, startup_program_2):
  28.     with fluid.unique_name.guard():
  29.          sgd = fluid.optimizer.SGD(learning_rate=1e-3)
  30.          sgd.minimize(avg_loss)
  31. # 不使用测试阶段的启动程序
  32. with fluid.program_guard(test_program_2, fluid.Program()):
  33.     with fluid.unique_name.guard():
  34.         loss = network(is_test=True)
  35. print(test_program_2)

上边两个代码片段生成和打印的Program是一样的。

  • static parse_from_string(binary_str)

通过对 protobuf 的反序列化，转换成Program

  • 参数：
    • binary_str_type (str) – protobuf 二进制字符串

返回：反序列化后的 Program

返回类型：Program

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. startup_prog = fluid.Program()
  4. main_prog = fluid.Program()
  5. with fluid.program_guard(startup_prog, main_prog):
  6.     x = fluid.layers.data(
  7.         name='X', shape=[1000, 784], dtype='float32', append_batch_size=False)
  8.  
  9.     y = fluid.layers.data(
  10.         name='Y', shape=[784, 100], dtype='float32', append_batch_size=False)
  11.  
  12.     z = fluid.layers.mul(x=x, y=y)
  13.  
  14.     binary_str = fluid.default_main_program().desc.serialize_to_string()
  15.     prog_restored = fluid.default_main_program().parse_from_string(binary_str)
  16.  
  17.     print(fluid.default_main_program())
  18.     print(prog_restored)
  19.  
  20.     # 这里打印出的两个Program应该是一模一样的
  • num_blocks

该Program中的 Block 的个数

返回： 该Program中的 Block 的个数

返回类型：int

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. num_blocks = prog.num_blocks
  5. print(num_blocks)
  6.  
  7. ## 1
  8. ## 当前Program中只有一个Block，即全局的Block
  • random_seed

注意：必须在相关OP被添加之前设置。例如

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. random_seed = prog.random_seed
  5. x_var = fluid.layers.data(name="X", shape=[3,3], dtype="float32", append_batch_size=False)
  6.  
  7. # 这里我们必须要在fluid.layers.dropout之前设置random_seed
  8. print(random_seed)
  9. prog.random_seed = 1
  10. z_var = fluid.layers.dropout(x_var, 0.7)
  11.  
  12. print(prog.random_seed)

程序中随机运算符的默认随机种子。0意味着随机生成随机种子。

返回：该Program中当前正在使用的random seed

返回类型：int64

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. random_seed = prog.random_seed
  5. print(random_seed)
  6. prog.random_seed = 1
  7. print(prog.random_seed)
  8.  
  9. ## 0
  10. ## 默认的random seed是 0
  11. ## 1
  12. ## 修改后random seed变成了 1
  • global_block()

获取该Program的第一个 Block 。

返回：该Program的第一个 Block

返回类型：Block

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. gb_block = prog.global_block()
  5. print(gb_block)
  6. ##
  7. ## idx: 0
  8. ## parent_idx: -1
  9. ## 打印出了当前全局Block的描述
  • block(index)

返回该Program中 ， index 指定的 Block 。 index 类型为int

  • 参数:
    • index (int) - 需要获取的 Block 的index

返回: 该Program中index对应的那个 Block

返回类型: Block

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. block_0 = prog.block(0)
  5. print(block_0)
  6. ##
  7. ## idx: 0
  8. ## parent_idx: -1
  9. ## 打印出了0号Block的描述
  • current_block()

获取当前 Block 。当前 Block 是用来添加OP的。

返回: 该Program中用户当前所在的 Block

返回类型: Block

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. current_blk = prog.current_block()
  5. print(current_blk)
  6. ##
  7. ## idx: 0
  8. ## parent_idx: -1
  9. ## 打印出了当前Block的描述
  • list_vars()

获取当前Program中所有变量。返回值是一个可迭代对象（iterable object)。

返回: Generator 会yield每个Program中的变量

返回类型: iterable 的 Variable

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. prog = fluid.default_main_program()
  4. img = fluid.layers.data(name='img', shape=[1,28,28], dtype='float32')
  5. label = fluid.layers.data(name='label', shape=[128,1], dtype='int64')
  6. for var in prog.list_vars():
  7.     print(var)
  8.  
  9. # 这里将会打印出当前Program中所有的Variable
  • all_parameters()

获取当前Program中所有的 模型参数 。返回值是一个列表。

返回: 一个包含当前Program中所有参数的列表。

返回类型: list[ 模型参数 ]

代码示例

  1. import paddle.fluid as fluid
  2.  
  3. program = fluid.default_main_program()
  4. data = fluid.data(name='x', shape=[None, 13], dtype='float32')
  5. hidden = fluid.layers.fc(input=data, size=10)
  6. loss = fluid.layers.mean(hidden)
  7. fluid.optimizer.SGD(learning_rate=0.01).minimize(loss)
  8.  
  9. for param in program.all_parameters():
  10.     print(param)
  11.  
  12. # 这里将会打印出当前Program中所有的Parameters，在本例中，输出结果是:
  13. #
  14. # name: "fc_0.w_0"
  15. # type {
  16. # type: LOD_TENSOR
  17. # lod_tensor {
  18. #     tensor {
  19. #       data_type: FP32
  20. #       dims: 13
  21. #       dims: 10
  22. #     }
  23. #   }
  24. # }
  25. #
  26. # persistable: true
  27. # name: "fc_0.b_0"
  28. # type {
  29. # type: LOD_TENSOR
  30. # lod_tensor {
  31. #     tensor {
  32. #       data_type: FP32
  33. #       dims: 10
  34. #     }
  35. #   }
  36. # }
  37. # persistable: true
  38. #
  39. # 这里print(param)将会打印出一个参数所有的属性，包括name，type和persistable，
  40. # 你可以访问一个参数的指定属性，例如param.name，param.type