（原）torch中微调某层参数

转载请注明出处：

http://www.cnblogs.com/darkknightzh/p/6221664.html

参考网址：

https://github.com/torch/nn/issues/873

http://stackoverflow.com/questions/37459812/finetune-a-torch-model

https://github.com/torch/nn/blob/master/doc/module.md

https://github.com/torch/torch7/blob/master/doc/utility.md

=====================================================

170928更新（可以微调层）：

参考网址：

http://www.thedataware.com/post/the-torch-adventures-setting-layer-wise-training-parameters

https://github.com/NVIDIA/DIGITS/tree/master/examples/fine-tuning

https://github.com/NVIDIA/DIGITS/blob/master/examples/fine-tuning/lenet-fine-tune.lua#L56

https://stackoverflow.com/questions/37459812/finetune-a-torch-model

https://www.zhihu.com/question/44376850

说明：目前就第一个网址的能finetune参数。

深度学习中目前有参数的为：卷积层-conv（weight+bias），batchnorm层：bn（weight+bias），全连接层-linear（weight+bias）。

因而在torch中使用local params, gradParams = model:parameters()的话，默认得到的#params为上面这三种类型的层的数量之和再乘以2。如果对应没有bias，则该层参数参数数量为1。

使用http://www.thedataware.com/post/the-torch-adventures-setting-layer-wise-training-parameters的方法，可以更新某个层。该文章是每个层设置不同的学习率，如果只某些特定的层学习率不为0，其它层学习率均为0（或者先定义fineTuneLayerIdx={10,11,12}，而后for i = 1, #params改成for i = 1, #fineTuneLayerIdx来减少计算量），则会只更新这些层的参数。需要注意的是，如果fine tune最后几层还好，可以print(params)，来看一下参数，然后计算一下哪些参数是需要更新的，如果更新中间的层。。。只能自己去对应了（特别是如Inception，Resnet这种网络中间层的参数，对应起来更加蛋疼了吧）。

该网址中对每层都设置学习率的代码如下：

local params, gradParams = model:parameters() 

-- Set the learning rate to 0.01
local learningRates = torch.Tensor(#params):fill(0.01)
-- Set the learning rate of the second layer to 0.001
learningRates[2] = 0.001

optimState = {}
for i = 1, #params do
  table.insert(optimState, {
    learningRate = learningRates[i],
    learningRateDecay = 0.0001,
    momentum = 0.9,
    dampening = 0.0,
    weightDecay = 5e-4
  })
end

for e = 1, epochs do
  -- Get MNIST batch
  X, Y = get_mnist_batch(batch_size)

  -- forward -> backward (outside of feval)
  model:zeroGradParameters()
  out = model:forward(X)
  err = criterion:forward(out, Y)
  gradOutputs = criterion:backward(out, Y)
  model:backward(X, gradOutputs)

  -- layer-wise optimization
  for i = 1, #params do
    local feval = function(x)
      return err, gradParams[i]
    end

    -- run optimizer
    optim.sgd(feval, params[i], optimState[i])
  end
  
end
-- model trained

如果使用fineTuneLayerIdx，即只微调部分层，代码如下：

local params, gradParams = model:parameters() 

-- 需要finetune的参数层（不是网络层。网络层：内部可能还有更小的网络，比如densenet，resnext等；
-- 参数层：正常情况下，一个conv，bn，linear等各有2个参数层，所以参数曾可能比网络成多很多）
local fineTuneLayerIdx = {30,34,35} 

-- Set the learning rate to 0.01
local learningRates = torch.Tensor(#fineTuneLayerIdx):fill(0.01)
-- Set the learning rate of the second layer to 0.001
learningRates[2] = 0.001

optimState = {}
for i = 1, #fineTuneLayerIdx do
  table.insert(optimState, {
    learningRate = learningRates[i],
    learningRateDecay = 0.0001,
    momentum = 0.9,
    dampening = 0.0,
    weightDecay = 5e-4
  })
end

for e = 1, epochs do
  -- Get MNIST batch
  X, Y = get_mnist_batch(batch_size)

  -- forward -> backward (outside of feval)
  model:zeroGradParameters()
  out = model:forward(X)
  err = criterion:forward(out, Y)
  gradOutputs = criterion:backward(out, Y)
  model:backward(X, gradOutputs)

  -- layer-wise optimization
  for i = 1, #fineTuneLayerIdx do
    local feval = function(x)
      return err, gradParams[fineTuneLayerIdx[i]]
    end

    -- run optimizer
    optim.sgd(feval, params[fineTuneLayerIdx[i]], optimState[i])
  end
  
end
-- model trained

需要注意的是，如果使用model:parameters()，需要optimState为多个table，不能为下面这样简单的一个table：

optimState = { -- 使用model:parameters()时，使用这种optimState有问题
    learningRate = learningRates, 
    learningRateDecay = 0.0001, 
    momentum = 0.9, 
    dampening = 0.0, 
    weightDecay = 5e-4 
    }

否则在第二次运行到optim.sgd(feval, params[fineTuneLayerIdx[i]], optimState[i])时，可能会提示维度不一样。

另外，https://www.zhihu.com/question/44376850中“知乎用户”的回答也和这个类似，只不过不知道那个网址中的和这个网址中的谁先谁后吧。

 

如果使用https://stackoverflow.com/questions/37459812/finetune-a-torch-model中的方法，即：

for i=1, x do
    c = model:get(i)
    c.updateGradInput = function(self, inp, out) end
    c.accGradParameters = function(self,inp, out) end
end

我这边有conv、bn，linear这三种层，会提示下面bn层的错误，不清楚是我这边程序的问题，还是怎么回事。

如果使用https://github.com/NVIDIA/DIGITS/blob/master/examples/fine-tuning/lenet-fine-tune.lua#L56这种方法，其实和上面的类似，只不过没有设置每层的updateGradInput这个。只设置一个的话，同样的输入，每次输出不一样（我把所有的conv，bn，linear都设置了= function(self, inp, out) end，为了看一下输出是否一致。理论上如果这些层参数都不更新，同样的输入，最终的输出应该相同），即感觉没能fine tune特定的层。

170928更新结束

=====================================================

161229更新：

感谢@linzhineng 。

即便按照本文这样设置，实际上在微调时，其它层的参数还是会变化。现在凌乱了，不清楚如何微调了/(ㄒoㄒ)/~~

难道只能手动修改更新过程吗？

161229更新结束：

=====================================================

 

由于torch每个模块均有train参数，当其为true时进行训练，当期为false时进行测试。因而，如果要对训练好的模型进行微调，如只对某模块调整参数，其他模块参数固定，则可以使用第一个参考网址中soumith的方法（该方法固定某模块，和本文目的是反的）：

model:training()
model:apply(function(m) if torch.type(m):find("BatchNormalization") then m:evaluate() end end)

说明：一般来说，在训练时，需要设置model:training()，在测试时，需要设置model:evaluate()。因而微调参数时，上面代码加在训练代码中model:training()后面就可以了（需要适当的修改）。

 

第四个网址给出了[string] torch.type(object)。因而，对上面的代码修改如下：如果要达到微调某一模块参数（如全连接层Linear），只需要使用：

   model:evaluate()
   model:apply(function(m) 
      if torch.type(m):find('Linear')  then
          m:training()
      end
   end)

说明：上面代码测试后成功。但是遇到了一个很诡异的问题。如果第一行改为model:training()，在找到对应的层后，改为m: evaluate ()，没有成功（对应的torch.type(m):find('Linear')==nil），所以才使用了上面的代码。还有一点，如果判断torch.type(m):find('Linear')==nil，最后没有成功改了m的train变量的值，具体不太清楚，最终使用了上面给出的代码。

上面torch.type(m)会返回模块的名字，如：

nn.Sequential
nn.SpatialConvolution
nn.SpatialBatchNormalization
nn.ReLU
nn.SpatialMaxPooling
nn.SpatialConvolution
nn.SpatialBatchNormalization
nn.ReLU

上面torch.type(m):find("BatchNormalization")，如果在某层找到了BatchNormalization，则返回找到的起始和结束位置，否则返回nil。

还有，微调时，一般都只微调某一层，但是torch中很多层名字相同，如果要改特定的一层，如conv层，还要继续修改代码，判断是否是需要的那个conv层，否则会将所有的conv层参数都修改。

注意：如果网络定义使用了Inception层，此处不光返回Inception，还会返回Inception里面各个层（如nn.Sequential，nn.InceptionHisign，nn.DepthConcat等）。

 

在torch/install/share/lua/5.1/nn/Module.lua中，有如下代码：

function Module:training()
   self.train = true
end

function Module:evaluate()
   self.train = false
end

直觉上，torch中这种方式不如caffe的fine tuning时，设置对应层lr_mult=0容易。

 

第三个网址有对apply，training，evaluate的较详细的说明。

 

此外，第二个网址通过updateGradInput和accGradParameters来达到固定某层参数的效果，不过没有试过。