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| 本文作者： 汪思穎 | 2018-01-17 09:41 |
雷鋒網 AI 研習社消息，近日，OpenAI 在 GitHub 上開源最新工具包 gradient-checkpointing，該工具包通過設置梯度檢查點（gradient-checkpointing）來節省內存資源。據悉，對于普通的前饋模型，可以在計算時間只增加 20% 的情況下，在 GPU 上訓練比之前大十多倍的模型。雷鋒網 AI 研習社將該開源信息編譯整理如下：
通過梯度檢查點（gradient-checkpointing）來節省內存資源
訓練非常深的神經網絡需要大量內存，利用 Tim Salimans 和 Yaroslav Bulatov 共同開發的 gradient-checkpointing 包中的工具，可以犧牲計算時間來解決內存過小的問題，讓你更好地針對模型進行訓練。
對于普通的前饋模型，可以在計算時間只增加 20% 的情況下，在 GPU 上訓練比之前大十多倍的模型。
訓練深度神經網絡時，損失的梯度是在內存密集部分通過反向傳播（backpropagation）算法來計算的。在訓練模型時定義計算圖中的檢查點，并在這些檢查點之間通過反向傳播算法重新計算這些圖，可以在降低內存的同時計算梯度值。
當訓練一個 n 層的深度前饋神經網絡時，可以利用這種方式將內存消耗減少到 O(sqrt(n))，代價是需要執行一個額外的前向傳遞操作。這個庫可以在 Tensorflow 中實現這一功能——使用 Tensorflow graph editor 來自動重寫后向傳遞的計算圖。
圖：使用常規的 tf.gradients 函數和使用這種優化內存梯度實現法（memory-optimized gradient implementation）訓練不同層數的 ResNet 模型時需要的內存對比
大家現在就可以安裝
pip install tf-nightly-gpu
pip install toposort networkx pytest
當執行這一程序時，需要保證能找到CUPTI。
這時可以執行
export LD_LIBRARY_PATH="${LD_LIBRARY_PATH}:/usr/local/cuda/extras/CUPTI/lib64
使用方法
這個庫提供嵌入式功能，能對 tf.gradients 函數進行替換，可以輸入如下程序來引入相關函數：
from memory_saving_gradients import gradients
大家可以像使用 tf.gradients 函數一樣使用 gradients 函數來計算參數損失的梯度。
gradients 函數有一個額外的功能——檢查點（checkpoints）。
檢查點會對 gradients 函數進行指示——在計算圖的前向傳播中，圖中的哪一部分節點是用戶想要檢查的點。隨后，會在后向傳播中重新計算檢查點之間的節點。
大家可以為檢查點提供一系列張量（gradients(ys,xs,checkpoints=[tensor1,tensor2])），或者可以使用如下幾個關鍵詞（'collection'、'memory' 、'speed'）來進行設置。
覆蓋 tf.gradients 函數
使用 gradients 函數的另一個方法是直接覆蓋 tf.gradients 函數，方法如下：
import tensorflow as tf
import memory_saving_gradients
# monkey patch tf.gradients to point to our custom version, with automatic checkpoint selection
def gradients_memory(ys, xs, grad_ys=None, **kwargs):
return memory_saving_gradients.gradients(ys, xs, grad_ys, checkpoints='memory', **kwargs)
tf.__dict__["gradients"] = gradients_memory
這樣操作之后，所有調用 tf.gradients 函數的請求都會使用新的節省內存的方法。
測試
在測試文件夾中，有已經寫好的用于測試代碼準確性和不同模型占用內存的腳本。
大家可以執行 ./run_all_tests.sh 來修改代碼，并著手測試。
圖：在CIFAR10數據集上，使用常規的梯度函數和使用最新的優化內存函數，在不同層數的 ResNet 網絡下的內存占用情況和執行時間的對比
via：GitHub
雷鋒網 AI 研習社編譯整理。
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