HP Tuning على Google Cloud باستخدام CloudTuner

عرض على TensorFlow.org تشغيل في جوجل كولاب عرض على جيثب تحميل دفتر شعار كاجلتشغيل في Kaggle

يستند هذا المثال إلى نموذج Keras-Tuner CIFAR10 لتوضيح كيفية تشغيل مهام ضبط HP باستخدام TensorFlow Cloud وGoogle Cloud Platform على نطاق واسع.

استيراد الوحدات المطلوبة

import datetime
import uuid

import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf
import os
import sys
import subprocess

from tensorflow.keras import datasets, layers, models
from sklearn.model_selection import train_test_split


! pip install -q tensorflow-cloud
import tensorflow_cloud as tfc

tf.version.VERSION

'2.6.0'

تكوينات المشروع

تعيين معلمات المشروع بالنسبة إلى المعلمات المحددة لـ Google Cloud، راجع تعليمات إعداد Google Cloud Project .

# Set Google Cloud Specific parameters

# TODO: Please set GCP_PROJECT_ID to your own Google Cloud project ID.
GCP_PROJECT_ID = 'YOUR_PROJECT_ID' 

# TODO: Change the Service Account Name to your own Service Account
SERVICE_ACCOUNT_NAME = 'YOUR_SERVICE_ACCOUNT_NAME'
SERVICE_ACCOUNT = f'{SERVICE_ACCOUNT_NAME}@{GCP_PROJECT_ID}.iam.gserviceaccount.com'

# TODO: set GCS_BUCKET to your own Google Cloud Storage (GCS) bucket.
GCS_BUCKET = 'YOUR_GCS_BUCKET_NAME'

# DO NOT CHANGE: Currently only the 'us-central1' region is supported.
REGION = 'us-central1'

# Set Tuning Specific parameters

# OPTIONAL: You can change the job name to any string.
JOB_NAME = 'cifar10'

# OPTIONAL:  Set Number of concurrent tuning jobs that you would like to run.
NUM_JOBS = 5

# TODO: Set the study ID for this run. Study_ID can be any unique string.
# Reusing the same Study_ID will cause the Tuner to continue tuning the
# Same Study parameters. This can be used to continue on a terminated job,
# or load stats from a previous study.
STUDY_NUMBER = '00001'
STUDY_ID = f'{GCP_PROJECT_ID}_{JOB_NAME}_{STUDY_NUMBER}'

# Setting location were training logs and checkpoints will be stored
GCS_BASE_PATH = f'gs://{GCS_BUCKET}/{JOB_NAME}/{STUDY_ID}'
TENSORBOARD_LOGS_DIR = os.path.join(GCS_BASE_PATH,"logs")

مصادقة دفتر الملاحظات لاستخدام مشروع Google Cloud الخاص بك

بالنسبة إلى أجهزة Kaggle Notebooks، انقر على "الوظائف الإضافية"->"Google Cloud SDK" قبل تشغيل الخلية أدناه.

# Using tfc.remote() to ensure this code only runs in notebook
if not tfc.remote():

    # Authentication for Kaggle Notebooks
    if "kaggle_secrets" in sys.modules:
        from kaggle_secrets import UserSecretsClient
        UserSecretsClient().set_gcloud_credentials(project=GCP_PROJECT_ID)

    # Authentication for Colab Notebooks
    if "google.colab" in sys.modules:
        from google.colab import auth
        auth.authenticate_user()
        os.environ["GOOGLE_CLOUD_PROJECT"] = GCP_PROJECT_ID

تحميل وإعداد البيانات

قراءة البيانات الأولية وتقسيمها لتدريب مجموعات البيانات واختبارها.

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = tf.keras.datasets.cifar10.load_data()

# Setting input specific parameters
# The model expects input of dimensions (INPUT_IMG_SIZE, INPUT_IMG_SIZE, 3)
INPUT_IMG_SIZE = 32
NUM_CLASSES = 10

تحديد بنية النموذج والمعلمات الفائقة

في هذا القسم، نحدد معلمات الضبط الخاصة بنا باستخدام Keras Tuner Hyper Parameters ووظيفة بناء النموذج. تأخذ وظيفة بناء النموذج وسيطة hp التي يمكنك من خلالها أخذ عينات من المعلمات الفائقة، مثل hp.Int('units', min_value=32, max_value=512, step=32) (عدد صحيح من نطاق معين).

import kerastuner
from tensorflow.keras import layers

# Configure the search space
HPS = kerastuner.engine.hyperparameters.HyperParameters()

HPS.Int('conv_blocks', 3, 5, default=3)
for i in range(5):
    HPS.Int('filters_' + str(i), 32, 256, step=32)
    HPS.Choice('pooling_' + str(i), ['avg', 'max'])
HPS.Int('hidden_size', 30, 100, step=10, default=50)
HPS.Float('dropout', 0, 0.5, step=0.1, default=0.5)
HPS.Float('learning_rate', 1e-4, 1e-2, sampling='log')

def build_model(hp):
    inputs = tf.keras.Input(shape=(INPUT_IMG_SIZE, INPUT_IMG_SIZE, 3))
    x = inputs
    for i in range(hp.get('conv_blocks')):
        filters = hp.get('filters_'+ str(i))
        for _ in range(2):
            x = layers.Conv2D(
              filters, kernel_size=(3, 3), padding='same')(x)
            x = layers.BatchNormalization()(x)
            x = layers.ReLU()(x)
        if hp.get('pooling_' + str(i)) == 'max':
            x = layers.MaxPool2D()(x)
        else:
            x = layers.AvgPool2D()(x)
    x = layers.GlobalAvgPool2D()(x)
    x = layers.Dense(hp.get('hidden_size'),
      activation='relu')(x)
    x = layers.Dropout(hp.get('dropout'))(x)
    outputs = layers.Dense(NUM_CLASSES, activation='softmax')(x)

    model = tf.keras.Model(inputs, outputs)
    model.compile(
      optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(
        hp.get('learning_rate')),
      loss='sparse_categorical_crossentropy',
      metrics=['accuracy'])
    return model

قم بتكوين CloudTuner

نقوم في هذا القسم بتكوين موالف السحابة للتنفيذ عن بعد والمحلي. والفرق الرئيسي بين الاثنين هو استراتيجية التوزيع.

from tensorflow_cloud import CloudTuner

distribution_strategy = None
if not tfc.remote():
    # Using MirroredStrategy to use a single instance with multiple GPUs
    # during remote execution while using no strategy for local.
    distribution_strategy = tf.distribute.MirroredStrategy()

tuner = CloudTuner(
    build_model,
    project_id=GCP_PROJECT_ID,
    project_name= JOB_NAME,
    region=REGION,
    objective='accuracy',
    hyperparameters=HPS,
    max_trials=100,
    directory=GCS_BASE_PATH,
    study_id=STUDY_ID,
    overwrite=True,
    distribution_strategy=distribution_strategy)

# Configure Tensorboard logs
callbacks=[
    tf.keras.callbacks.TensorBoard(log_dir=TENSORBOARD_LOGS_DIR)]

# Setting to run tuning remotely, you can run tuner locally to validate it works first.
if tfc.remote():
    tuner.search(x=x_train, y=y_train, epochs=30, validation_split=0.2, callbacks=callbacks)

# You can uncomment the code below to run the tuner.search() locally to validate
# everything works before submitting the job to Cloud. Stop the job manually
# after one epoch.

# else:
#     tuner.search(x=x_train, y=y_train, epochs=1, validation_split=0.2, callbacks=callbacks)

البدء بالتدريب عن بعد

ستعمل هذه الخطوة على إعداد التعليمات البرمجية الخاصة بك من هذا الكمبيوتر الدفتري للتنفيذ عن بُعد وبدء تشغيل NUM_JOBS المتوازي عن بُعد لتدريب النموذج. بمجرد إرسال الوظائف، يمكنك الانتقال إلى الخطوة التالية لمراقبة تقدم الوظائف عبر Tensorboard.

# If you are using a custom image you can install modules via requirements txt file.
with open('requirements.txt','w') as f:
    f.write('pandas==1.1.5\n')
    f.write('numpy==1.18.5\n')
    f.write('tensorflow-cloud\n')
    f.write('keras-tuner\n')

# Optional: Some recommended base images. If you provide none the system will choose one for you.
TF_GPU_IMAGE= "tensorflow/tensorflow:latest-gpu"
TF_CPU_IMAGE= "tensorflow/tensorflow:latest"


tfc.run_cloudtuner(
    distribution_strategy='auto',
    requirements_txt='requirements.txt',
    docker_config=tfc.DockerConfig(
        parent_image=TF_GPU_IMAGE,
        image_build_bucket=GCS_BUCKET
        ),
    chief_config=tfc.COMMON_MACHINE_CONFIGS['K80_4X'],
    job_labels={'job': JOB_NAME},
    service_account=SERVICE_ACCOUNT,
    num_jobs=NUM_JOBS
)

نتائج التدريب

أعد توصيل مثيل Colab الخاص بك

معظم وظائف التدريب عن بعد يتم تشغيلها لفترة طويلة، إذا كنت تستخدم Colab، فقد تنتهي المهلة قبل أن تتوفر نتائج التدريب. في هذه الحالة، أعد تشغيل الأقسام التالية لإعادة الاتصال وتكوين مثيل Colab الخاص بك للوصول إلى نتائج التدريب. قم بتشغيل الأقسام التالية بالترتيب:

  1. استيراد الوحدات المطلوبة
  2. تكوينات المشروع
  3. مصادقة دفتر الملاحظات لاستخدام مشروع Google Cloud الخاص بك

تحميل Tensorboard

أثناء تقدم التدريب، يمكنك استخدام Tensorboard لعرض النتائج. لاحظ أن النتائج لن تظهر إلا بعد بدء التدريب. قد يستغرق هذا بضع دقائق.

%load_ext tensorboard
%tensorboard --logdir $TENSORBOARD_LOGS_DIR

يمكنك الوصول إلى أصول التدريب على النحو التالي. لاحظ أن النتائج لن تظهر إلا بعد اكتمال مهمة الضبط الخاصة بك مرة واحدة على الأقل. قد يستغرق هذا بضع دقائق.

if not tfc.remote():
    tuner.results_summary(1)
    best_model = tuner.get_best_models(1)[0]
    best_hyperparameters = tuner.get_best_hyperparameters(1)[0]

    # References to best trial assets
    best_trial_id = tuner.oracle.get_best_trials(1)[0].trial_id
    best_trial_dir = tuner.get_trial_dir(best_trial_id)