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Estimadores

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Este documento apresenta tf.estimator — uma API TensorFlow de alto nível. Os estimadores encapsulam as seguintes ações:

  • Treinamento
  • Avaliação
  • Predição
  • Exportar para veiculação

O TensorFlow implementa vários estimadores pré-fabricados. Os estimadores personalizados ainda são suportados, mas principalmente como medida de compatibilidade com versões anteriores. Os estimadores personalizados não devem ser usados ​​para novos códigos . Todos os Estimadores – pré-fabricados ou personalizados – são classes baseadas na classe tf.estimator.Estimator .

Para um exemplo rápido, experimente os tutoriais do Estimator . Para obter uma visão geral do design da API, consulte o white paper .

Configurar

pip install -U tensorflow_datasets
import tempfile
import os

import tensorflow as tf
import tensorflow_datasets as tfds

Vantagens

Semelhante a um tf.keras.Model , um estimator é uma abstração em nível de modelo. O tf.estimator fornece alguns recursos ainda em desenvolvimento para tf.keras . Estes são:

  • Treinamento baseado em servidor de parâmetros
  • Integração completa de TFX

Capacidades dos Estimadores

Os estimadores fornecem os seguintes benefícios:

  • Você pode executar modelos baseados em Estimator em um host local ou em um ambiente multi-servidor distribuído sem alterar seu modelo. Além disso, você pode executar modelos baseados em Estimator em CPUs, GPUs ou TPUs sem recodificar seu modelo.
  • Os estimadores fornecem um loop de treinamento distribuído seguro que controla como e quando:
    • Carregar dados
    • Lidar com exceções
    • Crie arquivos de ponto de verificação e recupere-se de falhas
    • Salvar resumos para o TensorBoard

Ao escrever um aplicativo com estimadores, você deve separar o pipeline de entrada de dados do modelo. Essa separação simplifica os experimentos com diferentes conjuntos de dados.

Usando estimadores pré-fabricados

Os estimadores pré-fabricados permitem que você trabalhe em um nível conceitual muito mais alto do que as APIs básicas do TensorFlow. Você não precisa mais se preocupar em criar o gráfico computacional ou as sessões, pois os Avaliadores tratam de todo o "encanamento" para você. Além disso, os estimadores pré-fabricados permitem que você experimente diferentes arquiteturas de modelo fazendo apenas alterações mínimas no código. tf.estimator.DNNClassifier , por exemplo, é uma classe Estimator pré-criada que treina modelos de classificação baseados em redes neurais densas e feed-forward.

Um programa TensorFlow baseado em um estimador pré-fabricado geralmente consiste nas quatro etapas a seguir:

1. Escreva uma função de entrada

Por exemplo, você pode criar uma função para importar o conjunto de treinamento e outra função para importar o conjunto de teste. Os estimadores esperam que suas entradas sejam formatadas como um par de objetos:

  • Um dicionário no qual as chaves são nomes de recursos e os valores são Tensores (ou SparseTensors) contendo os dados de recursos correspondentes
  • Um tensor contendo um ou mais rótulos

O input_fn deve retornar um tf.data.Dataset que produz pares nesse formato.

Por exemplo, o código a seguir cria um tf.data.Dataset do arquivo train.csv do conjunto de dados do Titanic:

def train_input_fn():
  titanic_file = tf.keras.utils.get_file("train.csv", "https://storage.googleapis.com/tf-datasets/titanic/train.csv")
  titanic = tf.data.experimental.make_csv_dataset(
      titanic_file, batch_size=32,
      label_name="survived")
  titanic_batches = (
      titanic.cache().repeat().shuffle(500)
      .prefetch(tf.data.AUTOTUNE))
  return titanic_batches

O input_fn é executado em um tf.Graph e também pode retornar diretamente um par (features_dics, labels) contendo tensores de gráfico, mas isso é propenso a erros fora de casos simples, como constantes de retorno.

2. Defina as colunas do recurso.

Cada tf.feature_column identifica um nome de recurso, seu tipo e qualquer pré-processamento de entrada.

Por exemplo, o snippet a seguir cria três colunas de recursos.

  • O primeiro usa o recurso de age diretamente como uma entrada de ponto flutuante.
  • O segundo usa o recurso de class como entrada categórica.
  • O terceiro usa o embark_town como entrada categórica, mas usa o hashing trick para evitar a necessidade de enumerar as opções e definir o número de opções.

Para obter mais informações, consulte o tutorial de colunas de recursos .

age = tf.feature_column.numeric_column('age')
cls = tf.feature_column.categorical_column_with_vocabulary_list('class', ['First', 'Second', 'Third']) 
embark = tf.feature_column.categorical_column_with_hash_bucket('embark_town', 32)

3. Instancie o estimador pré-fabricado relevante.

Por exemplo, aqui está um exemplo de instanciação de um Estimator pré-fabricado chamado LinearClassifier :

model_dir = tempfile.mkdtemp()
model = tf.estimator.LinearClassifier(
    model_dir=model_dir,
    feature_columns=[embark, cls, age],
    n_classes=2
)
INFO:tensorflow:Using default config.
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpl24pp3cp', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}

Para obter mais informações, você pode acessar o tutorial do classificador linear .

4. Chame um método de treinamento, avaliação ou inferência.

Todos os estimadores fornecem métodos de train , evaluate e predict .

model = model.train(input_fn=train_input_fn, steps=100)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/training/training_util.py:236: Variable.initialized_value (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use Variable.read_value. Variables in 2.X are initialized automatically both in eager and graph (inside tf.defun) contexts.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/keras/engine/base_layer_v1.py:1684: UserWarning: `layer.add_variable` is deprecated and will be removed in a future version. Please use `layer.add_weight` method instead.
  warnings.warn('`layer.add_variable` is deprecated and '
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/keras/optimizer_v2/ftrl.py:147: calling Constant.__init__ (from tensorflow.python.ops.init_ops) with dtype is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Call initializer instance with the dtype argument instead of passing it to the constructor
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmpl24pp3cp/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:loss = 0.6931472, step = 0
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 100...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 100 into /tmp/tmpl24pp3cp/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 100...
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.6319582.
2021-09-22 20:49:10.453286: W tensorflow/core/kernels/data/cache_dataset_ops.cc:768] The calling iterator did not fully read the dataset being cached. In order to avoid unexpected truncation of the dataset, the partially cached contents of the dataset  will be discarded. This can happen if you have an input pipeline similar to `dataset.cache().take(k).repeat()`. You should use `dataset.take(k).cache().repeat()` instead.
result = model.evaluate(train_input_fn, steps=10)

for key, value in result.items():
  print(key, ":", value)
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-09-22T20:49:11
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpl24pp3cp/model.ckpt-100
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Evaluation [1/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [2/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [3/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [4/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [5/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [6/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [7/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [8/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [9/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [10/10]
INFO:tensorflow:Inference Time : 0.74609s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-09-22-20:49:12
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 100: accuracy = 0.734375, accuracy_baseline = 0.640625, auc = 0.7373913, auc_precision_recall = 0.64306235, average_loss = 0.563341, global_step = 100, label/mean = 0.359375, loss = 0.563341, precision = 0.734375, prediction/mean = 0.3463129, recall = 0.40869564
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 100: /tmp/tmpl24pp3cp/model.ckpt-100
accuracy : 0.734375
accuracy_baseline : 0.640625
auc : 0.7373913
auc_precision_recall : 0.64306235
average_loss : 0.563341
label/mean : 0.359375
loss : 0.563341
precision : 0.734375
prediction/mean : 0.3463129
recall : 0.40869564
global_step : 100
2021-09-22 20:49:12.168629: W tensorflow/core/kernels/data/cache_dataset_ops.cc:768] The calling iterator did not fully read the dataset being cached. In order to avoid unexpected truncation of the dataset, the partially cached contents of the dataset  will be discarded. This can happen if you have an input pipeline similar to `dataset.cache().take(k).repeat()`. You should use `dataset.take(k).cache().repeat()` instead.
for pred in model.predict(train_input_fn):
  for key, value in pred.items():
    print(key, ":", value)
  break
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpl24pp3cp/model.ckpt-100
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
logits : [-1.5173098]
logistic : [0.17985801]
probabilities : [0.820142   0.17985801]
class_ids : [0]
classes : [b'0']
all_class_ids : [0 1]
all_classes : [b'0' b'1']
2021-09-22 20:49:13.076528: W tensorflow/core/kernels/data/cache_dataset_ops.cc:768] The calling iterator did not fully read the dataset being cached. In order to avoid unexpected truncation of the dataset, the partially cached contents of the dataset  will be discarded. This can happen if you have an input pipeline similar to `dataset.cache().take(k).repeat()`. You should use `dataset.take(k).cache().repeat()` instead.

Benefícios dos Avaliadores pré-fabricados

Avaliadores pré-fabricados codificam as melhores práticas, oferecendo os seguintes benefícios:

  • Práticas recomendadas para determinar onde diferentes partes do gráfico computacional devem ser executadas, implementando estratégias em uma única máquina ou em um cluster.
  • Práticas recomendadas para redação de eventos (resumo) e resumos universalmente úteis.

Se você não usa Avaliadores pré-fabricados, você mesmo deve implementar os recursos anteriores.

Estimadores personalizados

O coração de cada Estimador - seja pré-fabricado ou personalizado - é sua função de modelo , model_fn , que é um método que cria gráficos para treinamento, avaliação e previsão. Quando você está usando um estimador pré-fabricado, alguém já implementou a função de modelo. Ao confiar em um estimador personalizado, você mesmo deve escrever a função de modelo.

Criar um estimador de um modelo Keras

Você pode converter modelos Keras existentes em estimadores com tf.keras.estimator.model_to_estimator . Isso é útil se você deseja modernizar seu código de modelo, mas seu pipeline de treinamento ainda requer estimadores.

Instancie um modelo Keras MobileNet V2 e compile o modelo com o otimizador, a perda e as métricas para treinar:

keras_mobilenet_v2 = tf.keras.applications.MobileNetV2(
    input_shape=(160, 160, 3), include_top=False)
keras_mobilenet_v2.trainable = False

estimator_model = tf.keras.Sequential([
    keras_mobilenet_v2,
    tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D(),
    tf.keras.layers.Dense(1)
])

# Compile the model
estimator_model.compile(
    optimizer='adam',
    loss=tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True),
    metrics=['accuracy'])
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/keras-applications/mobilenet_v2/mobilenet_v2_weights_tf_dim_ordering_tf_kernels_1.0_160_no_top.h5
9412608/9406464 [==============================] - 0s 0us/step
9420800/9406464 [==============================] - 0s 0us/step

Crie um Estimator a partir do modelo Keras compilado. O estado inicial do modelo Keras é preservado no Estimator criado:

est_mobilenet_v2 = tf.keras.estimator.model_to_estimator(keras_model=estimator_model)
INFO:tensorflow:Using default config.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmpmosnmied
INFO:tensorflow:Using the Keras model provided.
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/keras/backend.py:401: UserWarning: `tf.keras.backend.set_learning_phase` is deprecated and will be removed after 2020-10-11. To update it, simply pass a True/False value to the `training` argument of the `__call__` method of your layer or model.
  warnings.warn('`tf.keras.backend.set_learning_phase` is deprecated and '
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/keras/utils/generic_utils.py:497: CustomMaskWarning: Custom mask layers require a config and must override get_config. When loading, the custom mask layer must be passed to the custom_objects argument.
  category=CustomMaskWarning)
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpmosnmied', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}

Trate o Estimator derivado como faria com qualquer outro Estimator .

IMG_SIZE = 160  # All images will be resized to 160x160

def preprocess(image, label):
  image = tf.cast(image, tf.float32)
  image = (image/127.5) - 1
  image = tf.image.resize(image, (IMG_SIZE, IMG_SIZE))
  return image, label
def train_input_fn(batch_size):
  data = tfds.load('cats_vs_dogs', as_supervised=True)
  train_data = data['train']
  train_data = train_data.map(preprocess).shuffle(500).batch(batch_size)
  return train_data

Para treinar, chame a função train do Estimator:

est_mobilenet_v2.train(input_fn=lambda: train_input_fn(32), steps=50)
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Warm-starting with WarmStartSettings: WarmStartSettings(ckpt_to_initialize_from='/tmp/tmpmosnmied/keras/keras_model.ckpt', vars_to_warm_start='.*', var_name_to_vocab_info={}, var_name_to_prev_var_name={})
INFO:tensorflow:Warm-starting with WarmStartSettings: WarmStartSettings(ckpt_to_initialize_from='/tmp/tmpmosnmied/keras/keras_model.ckpt', vars_to_warm_start='.*', var_name_to_vocab_info={}, var_name_to_prev_var_name={})
INFO:tensorflow:Warm-starting from: /tmp/tmpmosnmied/keras/keras_model.ckpt
INFO:tensorflow:Warm-starting from: /tmp/tmpmosnmied/keras/keras_model.ckpt
INFO:tensorflow:Warm-starting variables only in TRAINABLE_VARIABLES.
INFO:tensorflow:Warm-starting variables only in TRAINABLE_VARIABLES.
INFO:tensorflow:Warm-started 158 variables.
INFO:tensorflow:Warm-started 158 variables.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:loss = 0.6994096, step = 0
INFO:tensorflow:loss = 0.6994096, step = 0
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 50 into /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 50 into /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.68789804.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.68789804.
<tensorflow_estimator.python.estimator.estimator.EstimatorV2 at 0x7f4b1c1e9890>

Da mesma forma, para avaliar, chame a função de avaliação do Estimador:

est_mobilenet_v2.evaluate(input_fn=lambda: train_input_fn(32), steps=10)
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/keras/engine/training.py:2470: UserWarning: `Model.state_updates` will be removed in a future version. This property should not be used in TensorFlow 2.0, as `updates` are applied automatically.
  warnings.warn('`Model.state_updates` will be removed in a future version. '
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-09-22T20:49:36
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-09-22T20:49:36
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt-50
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt-50
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Evaluation [1/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [1/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [2/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [2/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [3/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [3/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [4/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [4/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [5/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [5/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [6/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [6/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [7/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [7/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [8/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [8/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [9/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [9/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [10/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [10/10]
INFO:tensorflow:Inference Time : 3.89658s
INFO:tensorflow:Inference Time : 3.89658s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-09-22-20:49:39
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-09-22-20:49:39
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 50: accuracy = 0.525, global_step = 50, loss = 0.6723582
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 50: accuracy = 0.525, global_step = 50, loss = 0.6723582
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 50: /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt-50
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 50: /tmp/tmpmosnmied/model.ckpt-50
{'accuracy': 0.525, 'loss': 0.6723582, 'global_step': 50}

Para obter mais detalhes, consulte a documentação de tf.keras.estimator.model_to_estimator .

Salvando pontos de verificação baseados em objetos com o Estimator

Os estimadores, por padrão, salvam pontos de verificação com nomes de variáveis ​​em vez do gráfico de objeto descrito no guia Ponto de verificação. tf.train.Checkpoint lerá pontos de verificação baseados em nome, mas os nomes das variáveis ​​podem mudar ao mover partes de um modelo para fora do model_fn do Estimador. Para compatibilidade direta, salvar pontos de verificação baseados em objetos facilita o treinamento de um modelo dentro de um estimador e, em seguida, usá-lo fora de um.

import tensorflow.compat.v1 as tf_compat
def toy_dataset():
  inputs = tf.range(10.)[:, None]
  labels = inputs * 5. + tf.range(5.)[None, :]
  return tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
    dict(x=inputs, y=labels)).repeat().batch(2)
class Net(tf.keras.Model):
  """A simple linear model."""

  def __init__(self):
    super(Net, self).__init__()
    self.l1 = tf.keras.layers.Dense(5)

  def call(self, x):
    return self.l1(x)
def model_fn(features, labels, mode):
  net = Net()
  opt = tf.keras.optimizers.Adam(0.1)
  ckpt = tf.train.Checkpoint(step=tf_compat.train.get_global_step(),
                             optimizer=opt, net=net)
  with tf.GradientTape() as tape:
    output = net(features['x'])
    loss = tf.reduce_mean(tf.abs(output - features['y']))
  variables = net.trainable_variables
  gradients = tape.gradient(loss, variables)
  return tf.estimator.EstimatorSpec(
    mode,
    loss=loss,
    train_op=tf.group(opt.apply_gradients(zip(gradients, variables)),
                      ckpt.step.assign_add(1)),
    # Tell the Estimator to save "ckpt" in an object-based format.
    scaffold=tf_compat.train.Scaffold(saver=ckpt))

tf.keras.backend.clear_session()
est = tf.estimator.Estimator(model_fn, './tf_estimator_example/')
est.train(toy_dataset, steps=10)
INFO:tensorflow:Using default config.
INFO:tensorflow:Using default config.
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': './tf_estimator_example/', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': './tf_estimator_example/', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into ./tf_estimator_example/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into ./tf_estimator_example/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:loss = 4.659403, step = 0
INFO:tensorflow:loss = 4.659403, step = 0
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 10 into ./tf_estimator_example/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 10 into ./tf_estimator_example/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Loss for final step: 39.58891.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 39.58891.
<tensorflow_estimator.python.estimator.estimator.EstimatorV2 at 0x7f4b7c451fd0>

tf.train.Checkpoint pode então carregar os checkpoints do Estimator de seu model_dir .

opt = tf.keras.optimizers.Adam(0.1)
net = Net()
ckpt = tf.train.Checkpoint(
  step=tf.Variable(1, dtype=tf.int64), optimizer=opt, net=net)
ckpt.restore(tf.train.latest_checkpoint('./tf_estimator_example/'))
ckpt.step.numpy()  # From est.train(..., steps=10)
10

SavedModels de estimadores

Os estimadores exportam SavedModels por meio de tf.Estimator.export_saved_model .

input_column = tf.feature_column.numeric_column("x")

estimator = tf.estimator.LinearClassifier(feature_columns=[input_column])

def input_fn():
  return tf.data.Dataset.from_tensor_slices(
    ({"x": [1., 2., 3., 4.]}, [1, 1, 0, 0])).repeat(200).shuffle(64).batch(16)
estimator.train(input_fn)
INFO:tensorflow:Using default config.
INFO:tensorflow:Using default config.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmp30_d7xz6
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmp30_d7xz6
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmp30_d7xz6', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmp30_d7xz6', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': None, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': None, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1}
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:loss = 0.6931472, step = 0
INFO:tensorflow:loss = 0.6931472, step = 0
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 50 into /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 50 into /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 50...
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.4022895.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.4022895.
<tensorflow_estimator.python.estimator.canned.linear.LinearClassifierV2 at 0x7f4b1c10fd10>

Para salvar um Estimator você precisa criar um serving_input_receiver . Essa função cria uma parte de um tf.Graph que analisa os dados brutos recebidos pelo SavedModel.

O módulo tf.estimator.export contém funções para ajudar a construir esses receivers .

O código a seguir cria um receptor, baseado em feature_columns , que aceita buffers de protocolo tf.Example serializados, que são frequentemente usados ​​com tf-serving .

tmpdir = tempfile.mkdtemp()

serving_input_fn = tf.estimator.export.build_parsing_serving_input_receiver_fn(
  tf.feature_column.make_parse_example_spec([input_column]))

estimator_base_path = os.path.join(tmpdir, 'from_estimator')
estimator_path = estimator.export_saved_model(estimator_base_path, serving_input_fn)
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/saved_model/signature_def_utils_impl.py:145: build_tensor_info (from tensorflow.python.saved_model.utils_impl) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
This function will only be available through the v1 compatibility library as tf.compat.v1.saved_model.utils.build_tensor_info or tf.compat.v1.saved_model.build_tensor_info.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/saved_model/signature_def_utils_impl.py:145: build_tensor_info (from tensorflow.python.saved_model.utils_impl) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
This function will only be available through the v1 compatibility library as tf.compat.v1.saved_model.utils.build_tensor_info or tf.compat.v1.saved_model.build_tensor_info.
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Classify: ['serving_default', 'classification']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Classify: ['serving_default', 'classification']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Regress: ['regression']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Regress: ['regression']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Predict: ['predict']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Predict: ['predict']
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Train: None
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Train: None
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Eval: None
INFO:tensorflow:Signatures INCLUDED in export for Eval: None
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt-50
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmp30_d7xz6/model.ckpt-50
INFO:tensorflow:Assets added to graph.
INFO:tensorflow:Assets added to graph.
INFO:tensorflow:No assets to write.
INFO:tensorflow:No assets to write.
INFO:tensorflow:SavedModel written to: /tmp/tmpi_szzuj1/from_estimator/temp-1632343781/saved_model.pb
INFO:tensorflow:SavedModel written to: /tmp/tmpi_szzuj1/from_estimator/temp-1632343781/saved_model.pb

Você também pode carregar e executar esse modelo, de python:

imported = tf.saved_model.load(estimator_path)

def predict(x):
  example = tf.train.Example()
  example.features.feature["x"].float_list.value.extend([x])
  return imported.signatures["predict"](
    examples=tf.constant([example.SerializeToString()]))
print(predict(1.5))
print(predict(3.5))
{'class_ids': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=int64, numpy=array([[1]])>, 'classes': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=string, numpy=array([[b'1']], dtype=object)>, 'all_classes': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=string, numpy=array([[b'0', b'1']], dtype=object)>, 'all_class_ids': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=int32, numpy=array([[0, 1]], dtype=int32)>, 'logits': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=float32, numpy=array([[0.2974025]], dtype=float32)>, 'logistic': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=float32, numpy=array([[0.5738074]], dtype=float32)>, 'probabilities': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=float32, numpy=array([[0.42619258, 0.5738074 ]], dtype=float32)>}
{'class_ids': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=int64, numpy=array([[0]])>, 'classes': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=string, numpy=array([[b'0']], dtype=object)>, 'all_classes': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=string, numpy=array([[b'0', b'1']], dtype=object)>, 'all_class_ids': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=int32, numpy=array([[0, 1]], dtype=int32)>, 'logits': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=float32, numpy=array([[-1.1919093]], dtype=float32)>, 'logistic': <tf.Tensor: shape=(1, 1), dtype=float32, numpy=array([[0.23291764]], dtype=float32)>, 'probabilities': <tf.Tensor: shape=(1, 2), dtype=float32, numpy=array([[0.7670824 , 0.23291762]], dtype=float32)>}

tf.estimator.export.build_raw_serving_input_receiver_fn permite que você crie funções de entrada que usam tensores brutos em vez de tf.train.Example s.

Usando tf.distribute.Strategy com Estimator (suporte limitado)

tf.estimator é uma API TensorFlow de treinamento distribuído que originalmente suportava a abordagem de servidor de parâmetros assíncrono. tf.estimator agora suporta tf.distribute.Strategy . Se você estiver usando tf.estimator , poderá mudar para treinamento distribuído com poucas alterações em seu código. Com isso, os usuários do Estimator agora podem fazer treinamento distribuído síncrono em várias GPUs e vários trabalhadores, além de usar TPUs. Esse suporte no Estimator é, no entanto, limitado. Confira a seção O que é compatível agora abaixo para obter mais detalhes.

Usar tf.distribute.Strategy com Estimator é um pouco diferente do caso Keras. Em vez de usar strategy.scope , agora você passa o objeto de estratégia para o RunConfig do Estimator.

Você pode consultar o guia de treinamento distribuído para obter mais informações.

Aqui está um trecho de código que mostra isso com um Estimator LinearRegressor e MirroredStrategy pré-fabricados:

mirrored_strategy = tf.distribute.MirroredStrategy()
config = tf.estimator.RunConfig(
    train_distribute=mirrored_strategy, eval_distribute=mirrored_strategy)
regressor = tf.estimator.LinearRegressor(
    feature_columns=[tf.feature_column.numeric_column('feats')],
    optimizer='SGD',
    config=config)
INFO:tensorflow:Using MirroredStrategy with devices ('/job:localhost/replica:0/task:0/device:GPU:0',)
INFO:tensorflow:Using MirroredStrategy with devices ('/job:localhost/replica:0/task:0/device:GPU:0',)
INFO:tensorflow:Initializing RunConfig with distribution strategies.
INFO:tensorflow:Initializing RunConfig with distribution strategies.
INFO:tensorflow:Not using Distribute Coordinator.
INFO:tensorflow:Not using Distribute Coordinator.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmpftw63jyd
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmpftw63jyd
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpftw63jyd', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': <tensorflow.python.distribute.mirrored_strategy.MirroredStrategy object at 0x7f4b0c04c050>, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': <tensorflow.python.distribute.mirrored_strategy.MirroredStrategy object at 0x7f4b0c04c050>, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1, '_distribute_coordinator_mode': None}
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpftw63jyd', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': 600, '_session_config': allow_soft_placement: true
graph_options {
  rewrite_options {
    meta_optimizer_iterations: ONE
  }
}
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': 100, '_train_distribute': <tensorflow.python.distribute.mirrored_strategy.MirroredStrategy object at 0x7f4b0c04c050>, '_device_fn': None, '_protocol': None, '_eval_distribute': <tensorflow.python.distribute.mirrored_strategy.MirroredStrategy object at 0x7f4b0c04c050>, '_experimental_distribute': None, '_experimental_max_worker_delay_secs': None, '_session_creation_timeout_secs': 7200, '_checkpoint_save_graph_def': True, '_service': None, '_cluster_spec': ClusterSpec({}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': '', '_evaluation_master': '', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1, '_distribute_coordinator_mode': None}

Aqui, você usa um estimador pré-fabricado, mas o mesmo código também funciona com um estimador personalizado. train_distribute determina como o treinamento será distribuído e eval_distribute determina como a avaliação será distribuída. Essa é outra diferença do Keras, onde você usa a mesma estratégia para treinamento e avaliação.

Agora você pode treinar e avaliar este Estimador com uma função de entrada:

def input_fn():
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensors(({"feats":[1.]}, [1.]))
  return dataset.repeat(1000).batch(10)
regressor.train(input_fn=input_fn, steps=10)
regressor.evaluate(input_fn=input_fn, steps=10)
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow/python/data/ops/dataset_ops.py:374: UserWarning: To make it possible to preserve tf.data options across serialization boundaries, their implementation has moved to be part of the TensorFlow graph. As a consequence, the options value is in general no longer known at graph construction time. Invoking this method in graph mode retains the legacy behavior of the original implementation, but note that the returned value might not reflect the actual value of the options.
  warnings.warn("To make it possible to preserve tf.data options across "
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
INFO:tensorflow:Create CheckpointSaverHook.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/util.py:95: DistributedIteratorV1.initialize (from tensorflow.python.distribute.input_lib) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use the iterator's `initializer` property instead.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/util.py:95: DistributedIteratorV1.initialize (from tensorflow.python.distribute.input_lib) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use the iterator's `initializer` property instead.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 0 into /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 0...
2021-09-22 20:49:45.706166: W tensorflow/core/grappler/utils/graph_view.cc:836] No registered 'MultiDeviceIteratorFromStringHandle' OpKernel for GPU devices compatible with node { {node MultiDeviceIteratorFromStringHandle} }
    .  Registered:  device='CPU'

2021-09-22 20:49:45.707521: W tensorflow/core/grappler/utils/graph_view.cc:836] No registered 'MultiDeviceIteratorGetNextFromShard' OpKernel for GPU devices compatible with node { {node MultiDeviceIteratorGetNextFromShard} }
    .  Registered:  device='CPU'
INFO:tensorflow:loss = 1.0, step = 0
INFO:tensorflow:loss = 1.0, step = 0
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners before saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 10 into /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Saving checkpoints for 10 into /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt.
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Calling checkpoint listeners after saving checkpoint 10...
INFO:tensorflow:Loss for final step: 2.877698e-13.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 2.877698e-13.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Reduce to /replica:0/task:0/device:CPU:0 then broadcast to ('/replica:0/task:0/device:CPU:0',).
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-09-22T20:49:46
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-09-22T20:49:46
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt-10
INFO:tensorflow:Restoring parameters from /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt-10
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
2021-09-22 20:49:46.680821: W tensorflow/core/grappler/utils/graph_view.cc:836] No registered 'MultiDeviceIteratorFromStringHandle' OpKernel for GPU devices compatible with node { {node MultiDeviceIteratorFromStringHandle} }
    .  Registered:  device='CPU'

2021-09-22 20:49:46.682161: W tensorflow/core/grappler/utils/graph_view.cc:836] No registered 'MultiDeviceIteratorGetNextFromShard' OpKernel for GPU devices compatible with node { {node MultiDeviceIteratorGetNextFromShard} }
    .  Registered:  device='CPU'
INFO:tensorflow:Evaluation [1/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [1/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [2/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [2/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [3/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [3/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [4/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [4/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [5/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [5/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [6/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [6/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [7/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [7/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [8/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [8/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [9/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [9/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [10/10]
INFO:tensorflow:Evaluation [10/10]
INFO:tensorflow:Inference Time : 0.26514s
INFO:tensorflow:Inference Time : 0.26514s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-09-22-20:49:46
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-09-22-20:49:46
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 10: average_loss = 1.4210855e-14, global_step = 10, label/mean = 1.0, loss = 1.4210855e-14, prediction/mean = 0.99999994
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 10: average_loss = 1.4210855e-14, global_step = 10, label/mean = 1.0, loss = 1.4210855e-14, prediction/mean = 0.99999994
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 10: /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt-10
INFO:tensorflow:Saving 'checkpoint_path' summary for global step 10: /tmp/tmpftw63jyd/model.ckpt-10
{'average_loss': 1.4210855e-14,
 'label/mean': 1.0,
 'loss': 1.4210855e-14,
 'prediction/mean': 0.99999994,
 'global_step': 10}

Outra diferença a destacar aqui entre o Estimator e o Keras é a manipulação de entrada. No Keras, cada lote do conjunto de dados é dividido automaticamente entre as várias réplicas. No Estimator, no entanto, você não executa a divisão automática de lotes nem fragmenta automaticamente os dados entre diferentes trabalhadores. Você tem controle total sobre como deseja que seus dados sejam distribuídos entre trabalhadores e dispositivos e deve fornecer um input_fn para especificar como distribuir seus dados.

Seu input_fn é chamado uma vez por trabalhador, dando assim um conjunto de dados por trabalhador. Em seguida, um lote desse conjunto de dados é alimentado para uma réplica nesse trabalhador, consumindo assim N lotes para N réplicas em 1 trabalhador. Em outras palavras, o conjunto de dados retornado pelo input_fn deve fornecer lotes de tamanho PER_REPLICA_BATCH_SIZE . E o tamanho global do lote para uma etapa pode ser obtido como PER_REPLICA_BATCH_SIZE * strategy.num_replicas_in_sync .

Ao realizar o treinamento de vários trabalhadores, você deve dividir seus dados entre os trabalhadores ou embaralhar com uma semente aleatória em cada um. Você pode conferir um exemplo de como fazer isso no tutorial Treinamento de vários trabalhadores com o estimador .

Da mesma forma, você também pode usar estratégias de vários trabalhadores e servidores de parâmetros. O código permanece o mesmo, mas você precisa usar tf.estimator.train_and_evaluate e definir variáveis ​​de ambiente TF_CONFIG para cada binário em execução em seu cluster.

O que é suportado agora?

Há suporte limitado para treinamento com Estimator usando todas as estratégias, exceto TPUStrategy . Treinamento e avaliação básicos devem funcionar, mas vários recursos avançados, como v1.train.Scaffold , não. Também pode haver vários bugs nessa integração e não há planos para melhorar ativamente esse suporte (o foco está no Keras e no suporte ao loop de treinamento personalizado). Se possível, você deve preferir usar tf.distribute com essas APIs.

API de treinamento Estratégia espelhada Estratégia TPU MultiWorkerMirroredStrategy Estratégia de armazenamento central ParameterServerStrategy
API do estimador Suporte limitado Não suportado Suporte limitado Suporte limitado Suporte limitado

Exemplos e tutoriais

Aqui estão alguns exemplos de ponta a ponta que mostram como usar várias estratégias com o Estimator:

  1. O tutorial Treinamento de vários trabalhadores com estimador mostra como você pode treinar com vários trabalhadores usando MultiWorkerMirroredStrategy no conjunto de dados MNIST.
  2. Um exemplo completo de execução de treinamento de vários trabalhadores com estratégias de distribuição no tensorflow/ecosystem usando modelos do Kubernetes. Ele começa com um modelo Keras e o converte em um estimador usando a API tf.keras.estimator.model_to_estimator .
  3. O modelo oficial do ResNet50 , que pode ser treinado usando MirroredStrategy ou MultiWorkerMirroredStrategy .