完美解决TensorFlow和Keras大数据量内存溢出的问题

这篇文章主要介绍了完美解决TensorFlow和Keras大数据量内存溢出的问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧

内存溢出问题是参加kaggle比赛或者做大数据量实验的第一个拦路虎。

以前做的练手小项目导致新手产生一个惯性思维――读取训练集图片的时候把所有图读到内存中,然后分批训练。

其实这是有问题的,很容易导致OOM。现在内存一般16G,而训练集图片通常是上万张,而且RGB图,还很大,VGG16的图片一般是224x224x3,上万张图片,16G内存根本不够用。这时候又会想起――设置batch,但是那个batch的输入参数却又是图片,它只是把传进去的图片分批送到显卡,而我OOM的地方恰是那个“传进去”的图片,怎么办?

解决思路其实说来也简单,打破思维定式就好了,不是把所有图片读到内存中,而是只把所有图片的路径一次性读到内存中。

大致的解决思路为:

将上万张图片的路径一次性读到内存中,自己实现一个分批读取函数,在该函数中根据自己的内存情况设置读取图片,只把这一批图片读入内存中,然后交给模型,模型再对这一批图片进行分批训练,因为内存一般大于等于显存,所以内存的批次大小和显存的批次大小通常不相同。

下面代码分别介绍Tensorflow和Keras分批将数据读到内存中的关键函数。Tensorflow对初学者不太友好,所以我个人现阶段更习惯用它的高层API Keras来做相关项目,下面的TF实现是之前不会用Keras分批读时候参考的一些列资料,在模型训练上仍使用Keras,只有分批读取用了TF的API。

Tensorlow

在input.py里写get_batch函数。

 def get_batch(X_train, y_train, img_w, img_h, color_type, batch_size, capacity): ''' Args: X_train: train img path list y_train: train labels list img_w: image width img_h: image height batch_size: batch size capacity: the maximum elements in queue Returns: X_train_batch: 4D tensor [batch_size, width, height, chanel],\ dtype=tf.float32 y_train_batch: 1D tensor [batch_size], dtype=int32 ''' X_train = tf.cast(X_train, tf.string) y_train = tf.cast(y_train, tf.int32) # make an input queue input_queue = tf.train.slice_input_producer([X_train, y_train]) y_train = input_queue[1] X_train_contents = tf.read_file(input_queue[0]) X_train = tf.image.decode_jpeg(X_train_contents, channels=color_type) X_train = tf.image.resize_images(X_train, [img_h, img_w], tf.image.ResizeMethod.NEAREST_NEIGHBOR) X_train_batch, y_train_batch = tf.train.batch([X_train, y_train], batch_size=batch_size, num_threads=64, capacity=capacity) y_train_batch = tf.one_hot(y_train_batch, 10) return X_train_batch, y_train_batch

在train.py文件中训练(下面不是纯TF代码,model.fit是Keras的拟合,用纯TF的替换就好了)。

 X_train_batch, y_train_batch = inp.get_batch(X_train, y_train, img_w, img_h, color_type, train_batch_size, capacity) X_valid_batch, y_valid_batch = inp.get_batch(X_valid, y_valid, img_w, img_h, color_type, valid_batch_size, capacity) with tf.Session() as sess: coord = tf.train.Coordinator() threads = tf.train.start_queue_runners(coord=coord) try: for step in np.arange(max_step): if coord.should_stop() : break X_train, y_train = sess.run([X_train_batch, y_train_batch]) X_valid, y_valid = sess.run([X_valid_batch, y_valid_batch]) ckpt_path = 'log/weights-{val_loss:.4f}.hdf5' ckpt = tf.keras.callbacks.ModelCheckpoint(ckpt_path, monitor='val_loss', verbose=1, save_best_only=True, mode='min') model.fit(X_train, y_train, batch_size=64, epochs=50, verbose=1, validation_data=(X_valid, y_valid), callbacks=[ckpt]) del X_train, y_train, X_valid, y_valid except tf.errors.OutOfRangeError: print('done!') finally: coord.request_stop() coord.join(threads) sess.close()

Keras

keras文档中对fit、predict、evaluate这些函数都有一个generator,这个generator就是解决分批问题的。

关键函数:fit_generator

 # 读取图片函数 def get_im_cv2(paths, img_rows, img_cols, color_type=1, normalize=True): ''' 参数: paths:要读取的图片路径列表 img_rows:图片行 img_cols:图片列 color_type:图片颜色通道 返回: imgs: 图片数组 ''' # Load as grayscale imgs = [] for path in paths: if color_type == 1: img = cv2.imread(path, 0) elif color_type == 3: img = cv2.imread(path) # Reduce size resized = cv2.resize(img, (img_cols, img_rows)) if normalize: resized = resized.astype('float32') resized /= 127.5 resized -= 1. imgs.append(resized) return np.array(imgs).reshape(len(paths), img_rows, img_cols, color_type)

获取批次函数,其实就是一个generator

 def get_train_batch(X_train, y_train, batch_size, img_w, img_h, color_type, is_argumentation): ''' 参数: X_train:所有图片路径列表 y_train: 所有图片对应的标签列表 batch_size:批次 img_w:图片宽 img_h:图片高 color_type:图片类型 is_argumentation:是否需要数据增强 返回: 一个generator,x: 获取的批次图片 y: 获取的图片对应的标签 ''' while 1: for i in range(0, len(X_train), batch_size): x = get_im_cv2(X_train[i:i+batch_size], img_w, img_h, color_type) y = y_train[i:i+batch_size] if is_argumentation: # 数据增强 x, y = img_augmentation(x, y) # 最重要的就是这个yield,它代表返回,返回以后循环还是会继续,然后再返回。就比如有一个机器一直在作累加运算,但是会把每次累加中间结果告诉你一样,直到把所有数加完 yield({'input': x}, {'output': y})

训练函数

 result = model.fit_generator(generator=get_train_batch(X_train, y_train, train_batch_size, img_w, img_h, color_type, True), steps_per_epoch=1351, epochs=50, verbose=1, validation_data=get_train_batch(X_valid, y_valid, valid_batch_size,img_w, img_h, color_type, False), validation_steps=52, callbacks=[ckpt, early_stop], max_queue_size=capacity, workers=1)

就是这么简单。但是当初从0到1的过程很难熬,每天都没有进展,没有头绪,急躁占据了思维的大部,熬过了这个阶段,就会一切顺利,不是运气,而是踩过的从0到1的每个脚印累积的灵感的爆发,从0到1的脚印越多,后面的路越顺利。

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