Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算

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    1. 引言

    FLOPs 是 floating point operations 的缩写,指浮点运算数,可以用来衡量模型/算法的计算复杂度。本文主要讨论如何在 tensorflow 1.x, tensorflow 2.x 以及 pytorch 中利用相关工具计算对应模型的 FLOPs。

    2. 模型结构

    为了说明方便,先搭建一个简单的神经网络模型,其模型结构以及主要参数如表1 所示。

    表 1 模型结构及主要参数

    LayerschannelsKernelsStridesUnitsActivation
    Conv2D32(4,4)(1,2)\relu
    GRU\\\96\
    Dense\\\256sigmoid

    用 tensorflow(实际使用 tensorflow 中的 keras 模块)实现该模型的代码为:

    from tensorflow.keras.layers import *
    from tensorflow.keras.models import load_model, Model
    def test_model_tf(Input_shape):
        # shape: [B, C, T, F]
        main_input = Input(batch_shape=Input_shape, name='main_inputs')
        conv = Conv2D(32, kernel_size=(4, 4), strides=(1, 2), activation='relu', data_format='channels_first', name='conv')(main_input)
        # shape: [B, T, FC]
        gru = Reshape((conv.shape[2], conv.shape[1] * conv.shape[3]))(conv)
        gru = GRU(units=96, reset_after=True, return_sequences=True, name='gru')(gru)
        output = Dense(256, activation='sigmoid', name='output')(gru)
        model = Model(inputs=[main_input], outputs=[output])
        return model

    用 pytorch 实现该模型的代码为:

    import torch
    import torch.nn as nn
    class test_model_torch(nn.Module):
        def __init__(self):
            super(test_model_torch, self).__init__()
            self.conv2d = nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=32, kernel_size=(4,4), stride=(1,2))
            self.relu = nn.ReLU()
            self.gru = nn.GRU(input_size=4064, hidden_size=96)
            self.fc = nn.Linear(96, 256)
            self.sigmoid = nn.Sigmoid()
        def forward(self, inputs):
            # shape: [B, C, T, F]
            out = self.conv2d(inputs)
            out = self.relu(out)
            # shape: [B, T, FC]
            batch, channel, frame, freq = out.size()
            out = torch.reshape(out, (batch, frame, freq*channel))
            out, _ = self.gru(out)
            out = self.fc(out)
            out = self.sigmoid(out)
            return out

    3. 计算模型的 FLOPs

    本节讨论的版本具体为:tensorflow 1.12.0, tensorflow 2.3.1 以及 pytorch 1.10.1+cu102。

    3.1. tensorflow 1.12.0

    在 tensorflow 1.12.0 环境中,可以使用以下代码计算模型的 FLOPs:

    import tensorflow as tf
    import tensorflow.keras.backend as K
    def get_flops(model):
        run_meta = tf.RunMetadata()
        opts = tf.profiler.ProfileOptionBuilder.float_operation()
        flops = tf.profiler.profile(graph=K.get_session().graph,
                                    run_meta=run_meta, cmd='op', options=opts)
        return flops.total_float_ops
    if __name__ == "__main__":
        x = K.random_normal(shape=(1, 1, 100, 256))
        model = test_model_tf(x.shape)
        print('FLOPs of tensorflow 1.12.0:', get_flops(model))

    3.2. tensorflow 2.3.1

    在 tensorflow 2.3.1 环境中,可以使用以下代码计算模型的 FLOPs :

    import tensorflow.compat.v1 as tf
    import tensorflow.compat.v1.keras.backend as K
    tf.disable_eager_execution()
    def get_flops(model):
        run_meta = tf.RunMetadata()
        opts = tf.profiler.ProfileOptionBuilder.float_operation()
        flops = tf.profiler.profile(graph=K.get_session().graph,
                                    run_meta=run_meta, cmd='op', options=opts)
        return flops.total_float_ops
    if __name__ == "__main__":
        x = K.random_normal(shape=(1, 1, 100, 256))
        model = test_model_tf(x.shape)
        print('FLOPs of tensorflow 2.3.1:', get_flops(model))

    3.3. pytorch 1.10.1+cu102

    在 pytorch 1.10.1+cu102 环境中,可以使用以下代码计算模型的 FLOPs(需要安装 thop):

    import thop
    x = torch.randn(1, 1, 100, 256)
    model = test_model_torch()
    flops, _ = thop.profile(model, inputs=(x,))
    print('FLOPs of pytorch 1.10.1:', flops * 2)

    需要注意的是,thop 返回的是 MACs (Multiply–Accumulate Operations),其等于 2 2 2 倍的 FLOPs,所以上述代码有乘 2 2 2 操作。

    3.4. 结果对比

    三者计算出的 FLOPs 分别为:

    tensorflow 1.12.0:

    Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算  python 第1张

    tensorflow 2.3.1:

    Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算  python 第2张

    pytorch 1.10.1:

    Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算  python 第3张

    可以看到 tensorflow 1.12.0 和 tensorflow 2.3.1 的结果基本在同一个量级,而与 pytorch 1.10.1 计算出来的相差甚远。但如果将上述模型结构改为只包含第一层 Conv2D,三者计算出来的 FLOPs 却又是一致的。所以推断差异主要来自于 GRU 的 FLOPs。

    感谢各位的阅读,以上就是“Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算”的内容了,经过本文的学习后,相信大家对Python tensorflow与pytorch的浮点运算数怎么计算这一问题有了更深刻的体会,具体使用情况还需要大家实践验证。这里是蜗牛博客,小编将为大家推送更多相关知识点的文章,欢迎关注!

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