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Migrar de TPU embedding_columns para a camada TPUEmbedding

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Este guia demonstra como migrar o treinamento de incorporação em TPUs da API embedding_column do TensorFlow 1 com TPUEstimator para a API de camada TPUEmbedding do TensorFlow 2 com TPUStrategy .

Embeddings são matrizes (grandes). São tabelas de pesquisa que mapeiam de um espaço de recurso esparso para vetores densos. Embeddings fornecem representações eficientes e densas, capturando semelhanças e relacionamentos complexos entre recursos.

O TensorFlow inclui suporte especializado para incorporações de treinamento em TPUs. Esse suporte à incorporação específica de TPU permite treinar incorporações maiores que a memória de um único dispositivo TPU e usar entradas esparsas e irregulares em TPUs.

Para obter informações adicionais, consulte a documentação da API da camada tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding , bem como os documentos tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig e tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig para obter informações adicionais. Para obter uma visão geral de tf.distribute.TPUStrategy , confira o guia de treinamento distribuído e o guia Usar TPUs . Se você estiver migrando do TPUEstimator para o TPUStrategy , confira o guia de migração do TPU .

Configurar

Comece instalando os Recomendadores do TensorFlow e importando alguns pacotes necessários:

pip install tensorflow-recommenders
import tensorflow as tf
import tensorflow.compat.v1 as tf1

# TPUEmbedding layer is not part of TensorFlow.
import tensorflow_recommenders as tfrs
/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/requests/__init__.py:104: RequestsDependencyWarning: urllib3 (1.26.7) or chardet (2.3.0)/charset_normalizer (2.0.9) doesn't match a supported version!
  RequestsDependencyWarning)

E prepare um conjunto de dados simples para fins de demonstração:

features = [[1., 1.5]]
embedding_features_indices = [[0, 0], [0, 1]]
embedding_features_values = [0, 5]
labels = [[0.3]]
eval_features = [[4., 4.5]]
eval_embedding_features_indices = [[0, 0], [0, 1]]
eval_embedding_features_values = [4, 3]
eval_labels = [[0.8]]

TensorFlow 1: treinar embeddings em TPUs com TPUEstimator

No TensorFlow 1, você configura os embeddings de TPU usando a API tf.compat.v1.tpu.experimental.embedding_column e treina/avalia o modelo em TPUs com tf.compat.v1.estimator.tpu.TPUEstimator .

As entradas são números inteiros que variam de zero ao tamanho do vocabulário para a tabela de incorporação da TPU. Comece codificando as entradas para o ID categórico com tf.feature_column.categorical_column_with_identity . Use "sparse_feature" para o parâmetro key , pois os recursos de entrada são de valor inteiro, enquanto num_buckets é o tamanho do vocabulário para a tabela de incorporação ( 10 ).

embedding_id_column = (
      tf1.feature_column.categorical_column_with_identity(
          key="sparse_feature", num_buckets=10))

Em seguida, converta as entradas categóricas esparsas em uma representação densa com tpu.experimental.embedding_column , em que dimension é a largura da tabela de incorporação. Ele armazenará um vetor de incorporação para cada um dos num_buckets .

embedding_column = tf1.tpu.experimental.embedding_column(
    embedding_id_column, dimension=5)

Agora, defina a configuração de incorporação específica da TPU por meio de tf.estimator.tpu.experimental.EmbeddingConfigSpec . Você o passará posteriormente para tf.estimator.tpu.TPUEstimator como um parâmetro embedding_config_spec .

embedding_config_spec = tf1.estimator.tpu.experimental.EmbeddingConfigSpec(
    feature_columns=(embedding_column,),
    optimization_parameters=(
        tf1.tpu.experimental.AdagradParameters(0.05)))

Em seguida, para usar um TPUEstimator , defina:

  • Uma função de entrada para os dados de treinamento
  • Uma função de entrada de avaliação para os dados de avaliação
  • Uma função de modelo para instruir o TPUEstimator como a operação de treinamento é definida com os recursos e rótulos
def _input_fn(params):
  dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": features,
       "sparse_feature": tf1.SparseTensor(
           embedding_features_indices,
           embedding_features_values, [1, 2])},
           labels))
  dataset = dataset.repeat()
  return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)

def _eval_input_fn(params):
  dataset = tf1.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": eval_features,
       "sparse_feature": tf1.SparseTensor(
           eval_embedding_features_indices,
           eval_embedding_features_values, [1, 2])},
           eval_labels))
  dataset = dataset.repeat()
  return dataset.batch(params['batch_size'], drop_remainder=True)

def _model_fn(features, labels, mode, params):
  embedding_features = tf1.keras.layers.DenseFeatures(embedding_column)(features)
  concatenated_features = tf1.keras.layers.Concatenate(axis=1)(
      [embedding_features, features["dense_feature"]])
  logits = tf1.layers.Dense(1)(concatenated_features)
  loss = tf1.losses.mean_squared_error(labels=labels, predictions=logits)
  optimizer = tf1.train.AdagradOptimizer(0.05)
  optimizer = tf1.tpu.CrossShardOptimizer(optimizer)
  train_op = optimizer.minimize(loss, global_step=tf1.train.get_global_step())
  return tf1.estimator.tpu.TPUEstimatorSpec(mode, loss=loss, train_op=train_op)

Com essas funções definidas, crie um tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver que forneça as informações do cluster e um objeto tf.compat.v1.estimator.tpu.RunConfig .

Junto com a função de modelo que você definiu, agora você pode criar um TPUEstimator . Aqui, você simplificará o fluxo ignorando a economia de pontos de verificação. Em seguida, você especificará o tamanho do lote para treinamento e avaliação para o TPUEstimator .

cluster_resolver = tf1.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
print("All devices: ", tf1.config.list_logical_devices('TPU'))
All devices:  []
tpu_config = tf1.estimator.tpu.TPUConfig(
    iterations_per_loop=10,
    per_host_input_for_training=tf1.estimator.tpu.InputPipelineConfig
          .PER_HOST_V2)
config = tf1.estimator.tpu.RunConfig(
    cluster=cluster_resolver,
    save_checkpoints_steps=None,
    tpu_config=tpu_config)
estimator = tf1.estimator.tpu.TPUEstimator(
    model_fn=_model_fn, config=config, train_batch_size=8, eval_batch_size=8,
    embedding_config_spec=embedding_config_spec)
WARNING:tensorflow:Estimator's model_fn (<function _model_fn at 0x7f89cba2c510>) includes params argument, but params are not passed to Estimator.
WARNING:tensorflow:Using temporary folder as model directory: /tmp/tmpslacgplc
INFO:tensorflow:Using config: {'_model_dir': '/tmp/tmpslacgplc', '_tf_random_seed': None, '_save_summary_steps': 100, '_save_checkpoints_steps': None, '_save_checkpoints_secs': None, '_session_config': allow_soft_placement: true
cluster_def {
  job {
    name: "worker"
    tasks {
      key: 0
      value: "10.240.1.2:8470"
    }
  }
}
isolate_session_state: true
, '_keep_checkpoint_max': 5, '_keep_checkpoint_every_n_hours': 10000, '_log_step_count_steps': None, '_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({'worker': ['10.240.1.2:8470']}), '_task_type': 'worker', '_task_id': 0, '_global_id_in_cluster': 0, '_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_evaluation_master': 'grpc://10.240.1.2:8470', '_is_chief': True, '_num_ps_replicas': 0, '_num_worker_replicas': 1, '_tpu_config': TPUConfig(iterations_per_loop=10, num_shards=None, num_cores_per_replica=None, per_host_input_for_training=3, tpu_job_name=None, initial_infeed_sleep_secs=None, input_partition_dims=None, eval_training_input_configuration=2, experimental_host_call_every_n_steps=1, experimental_allow_per_host_v2_parallel_get_next=False, experimental_feed_hook=None), '_cluster': <tensorflow.python.distribute.cluster_resolver.tpu.tpu_cluster_resolver.TPUClusterResolver object at 0x7f89cbabd860>}
INFO:tensorflow:_TPUContext: eval_on_tpu True

Chame TPUEstimator.train para começar a treinar o modelo:

estimator.train(_input_fn, steps=1)
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, 4249802972614768303)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, -1631169957276253727)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -8564179621708229348)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, 6484303620678310894)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, -1060903890713604084)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, 7990733554234518935)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, -7473681025580225735)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, -7209865368423392507)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 97822894840667110)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 650061930241947482)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -3764407713936561171)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/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.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/tpu/feature_column_v2.py:479: IdentityCategoricalColumn._num_buckets (from tensorflow.python.feature_column.feature_column_v2) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
The old _FeatureColumn APIs are being deprecated. Please use the new FeatureColumn APIs instead.
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, 4249802972614768303)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, -1631169957276253727)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -8564179621708229348)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, 6484303620678310894)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, -1060903890713604084)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, 7990733554234518935)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, -7473681025580225735)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, -7209865368423392507)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 97822894840667110)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 650061930241947482)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -3764407713936561171)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/training/adagrad.py:77: 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:Bypassing TPUEstimator hook
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:TPU job name worker
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:758: Variable.load (from tensorflow.python.ops.variables) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Prefer Variable.assign which has equivalent behavior in 2.X.
INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds
INFO:tensorflow:Installing graceful shutdown hook.
INFO:tensorflow:Creating heartbeat manager for ['/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0']
INFO:tensorflow:Configuring worker heartbeat: shutdown_mode: WAIT_FOR_COORDINATOR

INFO:tensorflow:Init TPU system
INFO:tensorflow:Initialized TPU in 9 seconds
INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller.
INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller.
INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed.
INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed.
INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0)
INFO:tensorflow:loss = 0.07431596, step = 1
INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread.
INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:infeed marked as finished
INFO:tensorflow:Stop output thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread.
INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:outfeed marked as finished
INFO:tensorflow:Shutdown TPU system.
INFO:tensorflow:Loss for final step: 0.07431596.
INFO:tensorflow:training_loop marked as finished
<tensorflow_estimator.python.estimator.tpu.tpu_estimator.TPUEstimator at 0x7f8cea457be0>

Em seguida, chame TPUEstimator.evaluate para avaliar o modelo usando os dados de avaliação:

estimator.evaluate(_eval_input_fn, steps=1)
INFO:tensorflow:Could not find trained model in model_dir: /tmp/tmpslacgplc, running initialization to evaluate.
INFO:tensorflow:Calling model_fn.
INFO:tensorflow:Querying Tensorflow master (grpc://10.240.1.2:8470) for TPU system metadata.
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, -1, 4249802972614768303)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 17179869184, -1631169957276253727)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 17179869184, -8564179621708229348)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 17179869184, 6484303620678310894)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 17179869184, -1060903890713604084)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 17179869184, 7990733554234518935)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 17179869184, -7473681025580225735)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 17179869184, -7209865368423392507)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 17179869184, 97822894840667110)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 17179869184, 650061930241947482)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 17179869184, -3764407713936561171)
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.6/site-packages/tensorflow_estimator/python/estimator/tpu/tpu_estimator.py:3406: div (from tensorflow.python.ops.math_ops) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Deprecated in favor of operator or tf.math.divide.
INFO:tensorflow:Done calling model_fn.
INFO:tensorflow:Starting evaluation at 2021-12-10T14:13:17
INFO:tensorflow:TPU job name worker
INFO:tensorflow:Graph was finalized.
INFO:tensorflow:Running local_init_op.
INFO:tensorflow:Done running local_init_op.
INFO:tensorflow:Init TPU system
INFO:tensorflow:Initialized TPU in 12 seconds
INFO:tensorflow:Starting infeed thread controller.
INFO:tensorflow:Starting outfeed thread controller.
INFO:tensorflow:Initialized dataset iterators in 0 seconds
INFO:tensorflow:Enqueue next (1) batch(es) of data to infeed.
INFO:tensorflow:Dequeue next (1) batch(es) of data from outfeed.
INFO:tensorflow:Outfeed finished for iteration (0, 0)
INFO:tensorflow:Evaluation [1/1]
INFO:tensorflow:Stop infeed thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down InfeedController thread.
INFO:tensorflow:InfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Infeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:infeed marked as finished
INFO:tensorflow:Stop output thread controller
INFO:tensorflow:Shutting down OutfeedController thread.
INFO:tensorflow:OutfeedController received shutdown signal, stopping.
INFO:tensorflow:Outfeed thread finished, shutting down.
INFO:tensorflow:outfeed marked as finished
INFO:tensorflow:Shutdown TPU system.
INFO:tensorflow:Inference Time : 12.58107s
INFO:tensorflow:Finished evaluation at 2021-12-10-14:13:29
INFO:tensorflow:Saving dict for global step 1: global_step = 1, loss = 48.120014
INFO:tensorflow:evaluation_loop marked as finished
{'loss': 48.120014, 'global_step': 1}

TensorFlow 2: treinar embeddings em TPUs com TPUStrategy

No TensorFlow 2, para treinar nos trabalhadores da TPU, use tf.distribute.TPUStrategy junto com as APIs Keras para definição de modelo e treinamento/avaliação. (Consulte o guia Use TPUs para obter mais exemplos de treinamento com Keras Model.fit e um loop de treinamento personalizado (com tf.function e tf.GradientTape ).)

Como você precisa executar algum trabalho de inicialização para se conectar ao cluster remoto e inicializar os trabalhadores da TPU, comece criando um TPUClusterResolver para fornecer as informações do cluster e conectar-se ao cluster. (Saiba mais na seção de inicialização da TPU do guia Usar TPUs .)

cluster_resolver = tf.distribute.cluster_resolver.TPUClusterResolver(tpu='')
tf.config.experimental_connect_to_cluster(cluster_resolver)
tf.tpu.experimental.initialize_tpu_system(cluster_resolver)
print("All devices: ", tf.config.list_logical_devices('TPU'))
INFO:tensorflow:Clearing out eager caches
INFO:tensorflow:Clearing out eager caches
INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470
INFO:tensorflow:Initializing the TPU system: grpc://10.240.1.2:8470
INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system.
INFO:tensorflow:Finished initializing TPU system.
All devices:  [LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6', device_type='TPU'), LogicalDevice(name='/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7', device_type='TPU')]

Em seguida, prepare seus dados. Isso é semelhante à forma como você criou um conjunto de dados no exemplo do TensorFlow 1, exceto que a função de conjunto de dados agora é passada para um objeto tf.distribute.InputContext em vez de params dict. Você pode usar esse objeto para determinar o tamanho do lote local (e para qual host esse pipeline se destina, para poder particionar adequadamente seus dados).

  • Ao usar a API tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding , é importante incluir a opção drop_remainder=True ao agrupar o conjunto de dados com Dataset.batch , pois TPUEmbedding requer um tamanho de lote fixo.
  • Além disso, o mesmo tamanho de lote deve ser usado para avaliação e treinamento se eles ocorrerem no mesmo conjunto de dispositivos.
  • Finalmente, você deve usar tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator junto com a opção de entrada especial — experimental_fetch_to_device=False — em tf.distribute.InputOptions (que contém configurações específicas de estratégia). Isso é demonstrado abaixo:
global_batch_size = 8

def _input_dataset(context: tf.distribute.InputContext):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": features,
       "sparse_feature": tf.SparseTensor(
           embedding_features_indices,
           embedding_features_values, [1, 2])},
           labels))
  dataset = dataset.shuffle(10).repeat()
  dataset = dataset.batch(
      context.get_per_replica_batch_size(global_batch_size),
      drop_remainder=True)
  return dataset.prefetch(2)

def _eval_dataset(context: tf.distribute.InputContext):
  dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((
      {"dense_feature": eval_features,
       "sparse_feature": tf.SparseTensor(
           eval_embedding_features_indices,
           eval_embedding_features_values, [1, 2])},
           eval_labels))
  dataset = dataset.repeat()
  dataset = dataset.batch(
      context.get_per_replica_batch_size(global_batch_size),
      drop_remainder=True)
  return dataset.prefetch(2)

input_options = tf.distribute.InputOptions(
    experimental_fetch_to_device=False)

input_dataset = tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator(
    _input_dataset, input_options=input_options)

eval_dataset = tf.keras.utils.experimental.DatasetCreator(
    _eval_dataset, input_options=input_options)

Em seguida, uma vez que os dados estejam preparados, você criará um TPUStrategy e definirá um modelo, métricas e um otimizador no escopo dessa estratégia ( Strategy.scope ).

Você deve escolher um número para steps_per_execution em Model.compile , pois especifica o número de lotes a serem executados durante cada chamada de tf.function e é fundamental para o desempenho. Este argumento é semelhante ao iterations_per_loop usado no TPUEstimator .

Os recursos e a configuração da tabela que foram especificados no TensorFlow 1 por meio de tf.tpu.experimental.embedding_column (e tf.tpu.experimental.shared_embedding_column ) podem ser especificados diretamente no TensorFlow 2 por meio de um par de objetos de configuração:

(Consulte a documentação da API associada para obter mais detalhes.)

strategy = tf.distribute.TPUStrategy(cluster_resolver)
with strategy.scope():
  optimizer = tf.keras.optimizers.Adagrad(learning_rate=0.05)
  dense_input = tf.keras.Input(shape=(2,), dtype=tf.float32, batch_size=global_batch_size)
  sparse_input = tf.keras.Input(shape=(), dtype=tf.int32, batch_size=global_batch_size)
  embedded_input = tfrs.layers.embedding.TPUEmbedding(
      feature_config=tf.tpu.experimental.embedding.FeatureConfig(
          table=tf.tpu.experimental.embedding.TableConfig(
              vocabulary_size=10,
              dim=5,
              initializer=tf.initializers.TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=1)),
          name="sparse_input"),
      optimizer=optimizer)(sparse_input)
  input = tf.keras.layers.Concatenate(axis=1)([dense_input, embedded_input])
  result = tf.keras.layers.Dense(1)(input)
  model = tf.keras.Model(inputs={"dense_feature": dense_input, "sparse_feature": sparse_input}, outputs=result)
  model.compile(optimizer, "mse", steps_per_execution=10)
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:Found TPU system:
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Workers: 1
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Num TPU Cores Per Worker: 8
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:localhost/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:CPU:0, CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:0, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:1, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:2, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:3, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:4, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:5, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:6, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU:7, TPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:TPU_SYSTEM:0, TPU_SYSTEM, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0)
INFO:tensorflow:*** Available Device: _DeviceAttributes(/job:worker/replica:0/task:0/device:XLA_CPU:0, XLA_CPU, 0, 0)

Com isso, você está pronto para treinar o modelo com o conjunto de dados de treinamento:

model.fit(input_dataset, epochs=5, steps_per_epoch=10)
Epoch 1/5
10/10 [==============================] - 2s 160ms/step - loss: 0.1521
Epoch 2/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 1.5800e-05
Epoch 3/5
10/10 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 1.9149e-09
Epoch 4/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 3.1068e-13
Epoch 5/5
10/10 [==============================] - 0s 3ms/step - loss: 7.1054e-15
<keras.callbacks.History at 0x7f89c82d8b38>

Por fim, avalie o modelo usando o conjunto de dados de avaliação:

model.evaluate(eval_dataset, steps=1, return_dict=True)
1/1 [==============================] - 1s 1s/step - loss: 11.2934
{'loss': 11.293418884277344}

Próximos passos

Saiba mais sobre como configurar embeddings específicos de TPU nos documentos da API:

Para obter mais informações sobre TPUStrategy no TensorFlow 2, considere os seguintes recursos:

Para saber mais sobre como personalizar seu treinamento, consulte:

TPUs — ASICs especializados do Google para aprendizado de máquina — estão disponíveis por meio do Google Colab , do TPU Research Cloud e do Cloud TPU .