基础量化

量化示例请参见获取更多样例>resnet50>执行量化感知训练。量化感知训练支持量化的层以及约束如下：

表1 量化感知训练支持的层以及约束
支持的层类型	约束
InnerProduct：全连接层	transpose属性为false，axis为1
Convolution：卷积层	filter维度为4
Deconvolution：反卷积层	group为1、dilation为1、filter维度为4
Pooling：平均下采样层	下采样方式为AVE，且非global pooling

接口调用流程

量化感知训练接口调用流程如图1所示。

图1 量化感知训练接口调用流程
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蓝色部分为用户实现，灰色部分为用户调用昇腾模型压缩工具提供的API实现，用户在Caffe原始网络推理的代码中导入库，并在特定的位置调用相应API，即可实现量化功能：

用户首先构造Caffe的原始模型，然后使用create_quant_retrain_config生成量化配置文件。
调用create_quant_retrain_model接口对原始Caffe模型进行优化，修改后的模型中插入数据量化、权重量化等相关算子，用于计算量化相关参数；用户使用该模型借助昇腾模型压缩工具提供的数据集和校准集，在Caffe环境中进行重训练，可以得到量化因子。
执行Caffe train流程，并配置solver，在训练过程中增加TEST过程，并配置TEST iteration数目大于量化配置文件中batch_num数目。
最后用户调用save_quant_retrain_model接口，插入AscendQuant、AscendDequant等量化算子，保存量化模型：包括可在Caffe环境中进行精度仿真的模型文件和权重文件，以及可部署在昇腾AI处理器的模型文件和权重文件。

调用示例

量化感知训练场景下对训练过程的建议：
量化后的训练过程，设置需要与原始训练过程的配置基本保持一致，主要调整如下两点：
- epoch数：需调整为原始epoch数的1/4~原始epoch数的1/3。
- 学习率：需调整为初始学习率的1/100左右。
如下示例标有“由用户补充处理”的步骤，需要用户根据自己的模型和数据集进行补充处理，示例中仅为示例代码。
调用昇腾模型压缩工具的部分，函数入参可以根据实际情况进行调整。量化感知训练基于用户的训练过程，请确保已经有基于Caffe环境进行训练的脚本，并且训练后的精度正常。

导入昇腾模型压缩工具包，并通过环境变量设置日志级别。
```
import amct_caffe as amct
```
设置设备运行模式。
昇腾模型压缩工具支持CPU或GPU运行模式，若选择GPU模式，需要先设置Caffe的GPU运行设备模式，再设置昇腾模型压缩工具的设备模式；另外因为此处已经指定了运行设备，模型推理函数中无需再次配置运行设备：
```
if 'gpu':
    caffe.set_mod_gpu()
    caffe.set_device(gpu_id)
    amct.set_gpu_mode()
else:
    caffe.set_mode_cpu()
```
（可选，由用户补充处理）使用原始待量化的模型和测试集，在Caffe环境下推理，验证环境、推理脚本是否正常。
推荐执行该步骤，请确保原始模型可以完成推理且精度正常；执行该步骤时，可以使用部分测试集，减少运行时间。
```
user_test_model(ori_model_file, ori_weights_file, test_data, test_iterations)
```
调用昇腾模型压缩工具，量化模型。
1. 生成量化配置文件。
```
config_file = './tmp/config.json'
amct_caffe.create_quant_retrain_config(config_file=config_file, 
                                       model_file=ori_model_file,
                                       weights_file=ori_weights_file)
```
2. 修改模型，插入伪量化层并存为新的模型文件。
  根据量化配置文件对模型进行修改，插入数据量化、权重量化等相关算子，用于计算量化相关参数。
```
modified_model_file = './tmp/modified_model.prototxt'
modified_weights_file = './tmp/modified_model.caffemodel'
scale_offset_record_file = './tmp/record.txt'
amct_caffe.create_quant_retrain_model(model_file=ori_model_file,
				      weights_file=ori_weights_file,
                                      config_file=config_file,
                                      modified_model_file=modified_model_file,
				      modified_weights_file=modified_weights_file,
                                      scale_offset_record_file=scale_offset_record_file)
```
3. （由用户补充处理）使用修改后的模型，创建反向梯度，在训练集上做训练，训练量化因子。
  1. 在solver.prototxt中增加TEST phase（test_interval > 0，test_iter > 0），以触发在TEST phase中执行移位因子N的搜索动作，并且关闭预测test_initialization=false，避免误触发移位因子N的搜索计算。
    solver.prototxt文件需要包含参数示例如下：
```
test_iter: 1
test_interval: 4
base_lr: 9.999999747378752e-05
max_iter: 4
lr_policy: "step"
gamma: 0.10000000149011612
momentum: 0.8999999761581421
weight_decay: 9.999999747378752e-05
stepsize: 10
snapshot: 4
net: "$HOME/amct_path/sample/resnet50/tmp/modified_model.prototxt"
test_initialization: false
```
    - test_iter：repeated参数，指定每次TEST执行的测试的迭代次数，由于移位因子N需要在该过程中执行，因此该数目需要大于等于移位因子N的参数batch_num，否则会由于数据不足，移位因子N计算失败。test_iter*batch_size为每次测试的图片数。
    - test_interval：两次测试之间TEST的训练次数，每执行test_interval次训练迭代后会执行TEST过程，该参数默认为0，建议配置为max_iter的因子，sample中配置test_interval==max_iter，即仅完成训练后执行一次TEST。
    - max_iter：训练最大迭代次数。
    - net：训练使用的模型，Caﬀe支持配置一个net分别用于TRAIN，TEST（通过算子内phase来区分不同模式需要执行的算子），也可以通过分别指定train_net，test_net来指定不同phase执行的模型；昇腾模型压缩工具仅产生了一个模型，通过算子内部phase来区分不同模式，因子仅支持net，不支持配置train_net，test_net。
    - test_initialization：是否要在训练之前执行原始模型的TEST，数据类型为bool型，默认为True，即执行一次预测试；若设置为True，初始化参数为0，计算出的移位因子N错误，因此需要关掉预测试，即需要配置test_initialization = False。
    - base_lr、lr_policy、gamma几个参数用于控制学习策略，即learning_rate如何变化。
    - momentum：上一次梯度更新的权重。
    - weight_decay：权重衰减项，防止过拟合的一个参数。
    - snapshot：快照，将训练出来的model和solver状态进行保存，snapshot用于设置训练多少次后进行保存。
  2. 训练模型。
```
user_train_model(modified_model_file, modified_weights_file, train_data)
```
    训练过程中数据量化算子训练得到量化上下限clip_max, clip_min，保存到算子blob中，权重量化算子执行量化参数学习，并保存更新后的参数至模型中。
4. 保存模型。
  根据量化因子以及用户重训练好的模型，调用save_quant_retrain_model接口，插入AscendQuant、AscendDequant等算子，保存为deploy和fake-quant量化模型。
```
quant_model_path = './result/user_model'
amct.save_quant_retrain_model(retrained_model_file=modified_model_file,
                              retrained_weights_file=modified_weights_file,
                              save_type='Both',
                              save_path=quant_model_path,
                              scale_offset_record_file=scale_offset_record_file,
                              config_file=config_file)
```
（可选，由用户补充处理）使用量化后模型fake_quant_model、fake_quant_weights和测试集，在Caffe环境下推理，测试量化后的仿真模型精度。
使用量化后仿真模型精度与3中的原始精度做对比，可以观察量化对精度的影响。
```
fake_quant_model = './result/user_model_fake_quant_model.prototxt'
fake_quant_weights = './result/user_model_fake_quant_weights.caffemodel'
user_test_model(fake_quant_model, fake_quant_weights, test_data, test_iterations)
```

父主题： 量化感知训练