Pytorch-Base-Trainer(PBT)

• 开源不易,麻烦给个【Star】
• Github: https://github.com/PanJinquan/Pytorch-Base-Trainer
• pip安装包： https://pypi.org/project/basetrainer/
• 博客地址：https://panjinquan.blog.csdn.net/article/details/122662902

1.Introduction

考虑到深度学习训练过程都有一套约定成俗的流程，鄙人借鉴Keras开发了一套基础训练库： Pytorch-Base-Trainer(PBT)； 这是一个基于Pytorch开发的基础训练库，支持以下特征：

• 支持多卡训练训练(DP模式)和分布式多卡训练(DDP模式)，参考build_model_parallel
• 支持argparse命令行指定参数，也支持config.yaml配置文件
• 支持最优模型保存ModelCheckpoint
• 支持自定义回调函数Callback
• 支持NNI模型剪枝(L1/L2-Pruner,FPGM-Pruner Slim-Pruner)nni_pruning
• 非常轻便,安装简单

诚然，诸多大公司已经开源基础库，如MMClassification,MMDetection等库； 但碍于这些开源库安装麻烦,依赖库多,版本差异大等问题；鄙人开发了一套比较基础的训练Pipeline： Pytorch-Base-Trainer(PBT), 基于PBT可以快速搭建自己的训练工程； 目前，基于PBT完成了通用分类库(PBTClassification),通用检测库(PBTDetection),通用语义分割库( PBTSegmentation)以及,通用姿态检测库(PBTPose)

通用库	类型	说明
PBTClassification	通用分类库	集成常用的分类模型，支持多种数据格式,样本重采样
PBTDetection	通用检测库	集成常用的检测类模型，如RFB,SSD和YOLOX
PBTSegmentation	通用语义分割库	集成常用的语义分割模型，如DeepLab,UNet等
PBTPose	通用姿态检测库	集成常用的人体姿态估计模型,如UDP,Simple-base-line

基于PBT框架训练的模型,已经形成了一套完整的Android端上部署流程,支持CPU和GPU

人体姿态估计2DPose	人脸+人体检测	人像抠图
CPU/GPU:70/50ms	CPU/GPU:30/20ms	CPU/GPU:150/30ms

PS：受商业保护,目前,仅开源Pytorch-Base-Trainer(PBT),基于PBT的分类,检测和分割以及姿态估计训练库,暂不开源。

2.Install

• 源码安装

git clone https://github.com/PanJinquan/Pytorch-Base-Trainer
cd Pytorch-Base-Trainer
bash setup.sh #pip install dist/basetrainer-*.*.*.tar.gz

• pip安装: https://pypi.org/project/basetrainer/

# 安装方法1:(有延时，可能不是最新版本)
pip install basetrainer 
# 安装方法2:(从pypi源下载最新版本)
pip install --upgrade basetrainer -i https://pypi.org/simple

• 使用NNI 模型剪枝工具，需要安装NNI

# Linux or macOS
python3 -m pip install --upgrade nni
# Windows
python -m pip install --upgrade nni

3.训练框架

PBT基础训练库定义了一个基类(Base),所有训练引擎(Engine)以及回调函数(Callback)都会继承基类。

(1)训练引擎(Engine)

Engine类实现了训练/测试的迭代方法(如on_batch_begin,on_batch_end),其迭代过程参考如下, 用户可以根据自己的需要自定义迭代过程：

self.on_train_begin()
for epoch in range(num_epochs):
    self.set_model()  # 设置模型
    # 开始训练
    self.on_epoch_begin()  # 开始每个epoch调用
    for inputs in self.train_dataset:
        self.on_batch_begin()  # 每次迭代开始时回调
        self.run_step()  # 每次迭代返回outputs, losses
        self.on_train_summary()  # 每次迭代，训练结束时回调
        self.on_batch_end()  # 每次迭代结束时回调
    # 开始测试
    self.on_test_begin()
    for inputs in self.test_dataset:
        self.run_step()  # 每次迭代返回outputs, losses
        self.on_test_summary()  # 每次迭代，测试结束时回调
    self.on_test_end()  # 结束测试
    # 结束当前epoch
    self.on_epoch_end()
self.on_train_end()

EngineTrainer类继承Engine类,用户需要继承该类,并实现相关接口:

接口	说明
build_train_loader	定义训练数据
build_test_loader	定义测试数据
build_model	定义模型
build_optimizer	定义优化器
build_criterion	定义损失函数
build_callbacks	定义回调函数

另外，EngineTrainer类还是实现了两个重要的类方法(build_dataloader和build_model_parallel),用于构建分布式训练

类方法	说明
build_dataloader	用于构建加载方式,参数distributed设置是否使用分布式加载数据
build_model_parallel	用于构建模型,参数distributed设置是否使用分布式训练模型

(2)回调函数(Callback)

每个回调函数都需要继承(Callback),用户在回调函数中,可实现对迭代方法输入/输出的处理,例如:

回调函数	说明
LogHistory	Log历史记录回调函数,可使用Tensorboard可视化
ModelCheckpoint	保存模型回调函数,可选择最优模型保存
LossesRecorder	单个Loss历史记录回调函数,可计算每个epoch的平均值
MultiLossesRecorder	用于多任务Loss的历史记录回调函数
AccuracyRecorder	用于计算分类Accuracy回调函数
get_scheduler	各种学习率调整策略(MultiStepLR,CosineAnnealingLR,ExponentialLR)的回调函数

4.使用方法

basetrainer使用方法可以参考example.py,构建自己的训练器,可通过如下步骤实现：

• step1: 新建一个类ClassificationTrainer，继承trainer.EngineTrainer
• step2: 实现接口

def build_train_loader(self, cfg, **kwargs):
    """定义训练数据"""
    raise NotImplementedError("build_train_loader not implemented!")
in_file, 'rst', format='md', outputfile="README.rst", encoding='utf-8')

def build_test_loader(self, cfg, **kwargs):
    """定义测试数据"""
    raise NotImplementedError("build_test_loader not implemented!")


def build_model(self, cfg, **kwargs):
    """定于训练模型"""
    raise NotImplementedError("build_model not implemented!")


def build_optimizer(self, cfg, **kwargs):
    """定义优化器"""
    raise NotImplementedError("build_optimizer not implemented!")


def build_criterion(self, cfg, **kwargs):
    """定义损失函数"""
    raise NotImplementedError("build_criterion not implemented!")


def build_callbacks(self, cfg, **kwargs):
    """定义回调函数"""
    raise NotImplementedError("build_callbacks not implemented!")

• step3: 在初始化中调用build

def __init__(self, cfg):
    super(ClassificationTrainer, self).__init__(cfg)
    ...
    self.build(cfg)
    ...

• step4: 实例化ClassificationTrainer,并使用launch启动分布式训练

def main(cfg):
    t = ClassificationTrainer(cfg)
    return t.run()


if __name__ == "__main__":
    parser = get_parser()
    args = parser.parse_args()
    cfg = setup_config.parser_config(args)
    launch(main,
           num_gpus_per_machine=len(cfg.gpu_id),
           dist_url="tcp://127.0.0.1:28661",
           num_machines=1,
           machine_rank=0,
           distributed=cfg.distributed,
           args=(cfg,))

5.Example

• basetrainer使用方法可以参考example.py

# 单进程多卡训练
python example.py --gpu_id 0 1 # 使用命令行参数
python example.py --config_file configs/config.yaml # 使用yaml配置文件
# 多进程多卡训练(分布式训练)
python example.py --config_file configs/config.yaml --distributed # 使用yaml配置文件

• 目标支持的backbone有：resnet[18,34,50,101], ,mobilenet_v2等，详见backbone等 ，其他backbone可以自定义添加
• 训练参数可以通过两种方法指定: (1) 通过argparse命令行指定 (2)通过config.yaml配置文件，当存在同名参数时，以配置文件为默认值

参数	类型	参考值	说明
train_data	str, list	-	训练数据文件，可支持多个文件
test_data	str, list	-	测试数据文件，可支持多个文件
work_dir	str	work_space	训练输出工作空间
net_type	str	resnet18	backbone类型,{resnet,resnest,mobilenet_v2,...}
input_size	list	[128,128]	模型输入大小[W,H]
batch_size	int	32	batch size
lr	float	0.1	初始学习率大小
optim_type	str	SGD	优化器，{SGD,Adam}
loss_type	str	CELoss	损失函数
scheduler	str	multi-step	学习率调整策略，{multi-step,cosine}
milestones	list	[30,80,100]	降低学习率的节点，仅仅scheduler=multi-step有效
momentum	float	0.9	SGD动量因子
num_epochs	int	120	循环训练的次数
num_warn_up	int	3	warn_up的次数
num_workers	int	12	DataLoader开启线程数
weight_decay	float	5e-4	权重衰减系数
gpu_id	list	[ 0 ]	指定训练的GPU卡号，可指定多个
log_freq	in	20	显示LOG信息的频率
finetune	str	model.pth	finetune的模型
use_prune	bool	True	是否进行模型剪枝
progress	bool	True	是否显示进度条
distributed	bool	False	是否使用分布式训练

• 学习率调整策略

scheduler	说明	lr-epoch曲线图
multi_step	阶梯学习率调整策略
cosine	余弦退火学习率调整策略
ExpLR	指数衰减学习率调整策略
LambdaLR	Lambda学习率调整策略

6.可视化

目前训练过程可视化工具是使用Tensorboard，使用方法：

tensorboard --logdir=path/to/log/

7.其他

作者	PKing
联系方式	pan_jinquan@163.com