Working?

Joseph Redmon

2013-12-03 0d6bb5d44d8e815ebf6ccce1dae2f83178780e7b

 src/tests.c

@@ -3,6 +3,10 @@
#include "maxpool_layer.h"
#include "network.h"
#include "image.h"
#include "parser.h"
#include "data.h"
#include "matrix.h"
#include "utils.h"

#include <time.h>
#include <stdlib.h>
@@ -18,7 +22,7 @@
    int i;
    clock_t start = clock(), end;
    for(i = 0; i < 1000; ++i){
        convolve(dog, kernel, 1, 0, edge);
        convolve(dog, kernel, 1, 0, edge, 1);
    }
    end = clock();
    printf("Convolutions: %lf seconds\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
@@ -34,23 +38,79 @@
void test_convolutional_layer()
{
    srand(0);
    image dog = load_image("test_dog.jpg");
    image dog = load_image("dog.jpg");
    int i;
    int n = 5;
    int n = 3;
    int stride = 1;
    int size = 8;
    convolutional_layer layer = make_convolutional_layer(dog.h, dog.w, dog.c, n, size, stride);
    int size = 3;
    convolutional_layer layer = *make_convolutional_layer(dog.h, dog.w, dog.c, n, size, stride, RELU);
    char buff[256];
    for(i = 0; i < n; ++i) {
        sprintf(buff, "Kernel %d", i);
        show_image(layer.kernels[i], buff);
    }
    run_convolutional_layer(dog, layer);
    forward_convolutional_layer(layer, dog.data);
    
    maxpool_layer mlayer = make_maxpool_layer(layer.output.h, layer.output.w, layer.output.c, 3);
    run_maxpool_layer(layer.output,mlayer);
    image output = get_convolutional_image(layer);
    maxpool_layer mlayer = *make_maxpool_layer(output.h, output.w, output.c, 2);
    forward_maxpool_layer(mlayer, layer.output);

    show_image_layers(mlayer.output, "Test Maxpool Layer");
    show_image_layers(get_maxpool_image(mlayer), "Test Maxpool Layer");
}

void verify_convolutional_layer()
{
    srand(0);
    int i;
    int n = 1;
    int stride = 1;
    int size = 3;
    double eps = .00000001;
    image test = make_random_image(5,5, 1);
    convolutional_layer layer = *make_convolutional_layer(test.h,test.w,test.c, n, size, stride, RELU);
    image out = get_convolutional_image(layer);
    double **jacobian = calloc(test.h*test.w*test.c, sizeof(double));
    
    forward_convolutional_layer(layer, test.data);
    image base = copy_image(out);

    for(i = 0; i < test.h*test.w*test.c; ++i){
        test.data[i] += eps;
        forward_convolutional_layer(layer, test.data);
        image partial = copy_image(out);
        subtract_image(partial, base);
        scale_image(partial, 1/eps);
        jacobian[i] = partial.data;
        test.data[i] -= eps;
    }
    double **jacobian2 = calloc(out.h*out.w*out.c, sizeof(double));
    image in_delta = make_image(test.h, test.w, test.c);
    image out_delta = get_convolutional_delta(layer);
    for(i = 0; i < out.h*out.w*out.c; ++i){
        out_delta.data[i] = 1;
        backward_convolutional_layer2(layer, test.data, in_delta.data);
        image partial = copy_image(in_delta);
        jacobian2[i] = partial.data;
        out_delta.data[i] = 0;
    }
    int j;
    double *j1 = calloc(test.h*test.w*test.c*out.h*out.w*out.c, sizeof(double));
    double *j2 = calloc(test.h*test.w*test.c*out.h*out.w*out.c, sizeof(double));
    for(i = 0; i < test.h*test.w*test.c; ++i){
        for(j =0 ; j < out.h*out.w*out.c; ++j){
            j1[i*out.h*out.w*out.c + j] = jacobian[i][j];
            j2[i*out.h*out.w*out.c + j] = jacobian2[j][i];
            printf("%f %f\n", jacobian[i][j], jacobian2[j][i]);
        }
    }


    image mj1 = double_to_image(test.w*test.h*test.c, out.w*out.h*out.c, 1, j1);
    image mj2 = double_to_image(test.w*test.h*test.c, out.w*out.h*out.c, 1, j2);
    printf("%f %f\n", avg_image_layer(mj1,0), avg_image_layer(mj2,0));
    show_image(mj1, "forward jacobian");
    show_image(mj2, "backward jacobian");
    
}

void test_load()
@@ -89,111 +149,233 @@
    show_image(random, "Test Rotate Random");
}

void test_network()
void test_parser()
{
    network net;
    net.n = 11;
    net.layers = calloc(net.n, sizeof(void *));
    net.types = calloc(net.n, sizeof(LAYER_TYPE));
    net.types[0] = CONVOLUTIONAL;
    net.types[1] = MAXPOOL;
    net.types[2] = CONVOLUTIONAL;
    net.types[3] = MAXPOOL;
    net.types[4] = CONVOLUTIONAL;
    net.types[5] = CONVOLUTIONAL;
    net.types[6] = CONVOLUTIONAL;
    net.types[7] = MAXPOOL;
    net.types[8] = CONNECTED;
    net.types[9] = CONNECTED;
    net.types[10] = CONNECTED;

    image dog = load_image("test_hinton.jpg");

    int n = 48;
    int stride = 4;
    int size = 11;
    convolutional_layer cl = make_convolutional_layer(dog.h, dog.w, dog.c, n, size, stride);
    maxpool_layer ml = make_maxpool_layer(cl.output.h, cl.output.w, cl.output.c, 2);

    n = 128;
    size = 5;
    stride = 1;
    convolutional_layer cl2 = make_convolutional_layer(ml.output.h, ml.output.w, ml.output.c, n, size, stride);
    maxpool_layer ml2 = make_maxpool_layer(cl2.output.h, cl2.output.w, cl2.output.c, 2);

    n = 192;
    size = 3;
    convolutional_layer cl3 = make_convolutional_layer(ml2.output.h, ml2.output.w, ml2.output.c, n, size, stride);
    convolutional_layer cl4 = make_convolutional_layer(cl3.output.h, cl3.output.w, cl3.output.c, n, size, stride);
    n = 128;
    convolutional_layer cl5 = make_convolutional_layer(cl4.output.h, cl4.output.w, cl4.output.c, n, size, stride);
    maxpool_layer ml3 = make_maxpool_layer(cl5.output.h, cl5.output.w, cl5.output.c, 4);
    connected_layer nl = make_connected_layer(ml3.output.h*ml3.output.w*ml3.output.c, 4096);
    connected_layer nl2 = make_connected_layer(4096, 4096);
    connected_layer nl3 = make_connected_layer(4096, 1000);

    net.layers[0] = &cl;
    net.layers[1] = &ml;
    net.layers[2] = &cl2;
    net.layers[3] = &ml2;
    net.layers[4] = &cl3;
    net.layers[5] = &cl4;
    net.layers[6] = &cl5;
    net.layers[7] = &ml3;
    net.layers[8] = &nl;
    net.layers[9] = &nl2;
    net.layers[10] = &nl3;

    int i;
    clock_t start = clock(), end;
    for(i = 0; i < 10; ++i){
        run_network(dog, net);
        rotate_image(dog);
    network net = parse_network_cfg("test_parser.cfg");
    double input[1];
    int count = 0;
        
    double avgerr = 0;
    while(1){
        double v = ((double)rand()/RAND_MAX);
        double truth = v*v;
        input[0] = v;
        forward_network(net, input);
        double *out = get_network_output(net);
        double *delta = get_network_delta(net);
        double err = pow((out[0]-truth),2.);
        avgerr = .99 * avgerr + .01 * err;
        //if(++count % 100000 == 0) printf("%f\n", avgerr);
        if(++count % 1000000 == 0) printf("%f %f :%f AVG %f \n", truth, out[0], err, avgerr);
        delta[0] = truth - out[0];
        learn_network(net, input);
        update_network(net, .001);
    }
    end = clock();
    printf("Ran %lf second per iteration\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC/10);

    show_image_layers(get_network_image(net), "Test Network Layer");
}
void test_backpropagate()

void test_data()
{
    int n = 3;
    int size = 4;
    int stride = 10;
    image dog = load_image("dog.jpg");
    show_image(dog, "Test Backpropagate Input");
    image dog_copy = copy_image(dog);
    convolutional_layer cl = make_convolutional_layer(dog.h, dog.w, dog.c, n, size, stride);
    run_convolutional_layer(dog, cl);
    show_image(cl.output, "Test Backpropagate Output");
    char *labels[] = {"cat","dog"};
    batch train = random_batch("train_paths.txt", 101,labels, 2);
    show_image(train.images[0], "Test Data Loading");
    show_image(train.images[100], "Test Data Loading");
    show_image(train.images[10], "Test Data Loading");
    free_batch(train);
}

void test_full()
{
    network net = parse_network_cfg("full.cfg");
    srand(0);
    int i = 0;
    char *labels[] = {"cat","dog"};
    while(i++ < 1000 || 1){
        batch train = random_batch("train_paths.txt", 1000, labels, 2);
        train_network_batch(net, train);
        free_batch(train);
        printf("Round %d\n", i);
    }
}

double error_network(network net, matrix m, double *truth)
{
    int i;
    int correct = 0;
    for(i = 0; i < m.rows; ++i){
        forward_network(net, m.vals[i]);
        double *out = get_network_output(net);
        double err = truth[i] - out[0];
        if(fabs(err) < .5) ++correct;
    }
    return (double)correct/m.rows;
}

double **one_hot(double *a, int n, int k)
{
    int i;
    double **t = calloc(n, sizeof(double*));
    for(i = 0; i < n; ++i){
        t[i] = calloc(k, sizeof(double));
        int index = (int)a[i];
        t[i][index] = 1;
    }
    return t;
}

void test_nist()
{
    network net = parse_network_cfg("nist.cfg");
    matrix m = csv_to_matrix("images/nist_train.csv");
    matrix ho = hold_out_matrix(&m, 3000);
    double *truth_1d = pop_column(&m, 0);
    double **truth = one_hot(truth_1d, m.rows, 10);
    double *ho_truth_1d = pop_column(&ho, 0);
    double **ho_truth = one_hot(ho_truth_1d, ho.rows, 10);
    int i,j;
    clock_t start = clock(), end;
    int count = 0;
    double lr = .0001;
    while(++count <= 3000000){
        //lr *= .99;
        int index = 0;
        int correct = 0;
        for(i = 0; i < 1000; ++i){
            index = rand()%m.rows;
            normalize_array(m.vals[index], 28*28);
            forward_network(net, m.vals[index]);
            double *out = get_network_output(net);
            double *delta = get_network_delta(net);
            int max_i = 0;
            double max = out[0];
            for(j = 0; j < 10; ++j){
                delta[j] = truth[index][j]-out[j];
                if(out[j] > max){
                    max = out[j];
                    max_i = j;
                }
            }
            if(truth[index][max_i]) ++correct;
            learn_network(net, m.vals[index]);
            update_network(net, lr);
        }
        print_network(net);
        image input = double_to_image(28,28,1, m.vals[index]);
        show_image(input, "Input");
        image o = get_network_image(net);
        show_image_collapsed(o, "Output");
        visualize_network(net);
        cvWaitKey(100);
        //double test_acc = error_network(net, m, truth);
        //double valid_acc = error_network(net, ho, ho_truth);
        //printf("%f, %f\n", test_acc, valid_acc);
        fprintf(stderr, "%5d: %f %f\n",count, (double)correct/1000, lr);
        //if(valid_acc > .70) break;
    }
    end = clock();
    printf("Neural Net Learning: %lf seconds\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
}

void test_kernel_update()
{
    srand(0);
    double delta[] = {.1};
    double input[] = {.3, .5, .3, .5, .5, .5, .5, .0, .5};
    double kernel[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    convolutional_layer layer = *make_convolutional_layer(3, 3, 1, 1, 3, 1, IDENTITY);
    layer.kernels[0].data = kernel;
    layer.delta = delta;
    learn_convolutional_layer(layer, input);
    print_image(layer.kernels[0]);
    print_image(get_convolutional_delta(layer));
    print_image(layer.kernel_updates[0]);
    
}

void test_random_classify()
{
    network net = parse_network_cfg("connected.cfg");
    matrix m = csv_to_matrix("train.csv");
    matrix ho = hold_out_matrix(&m, 2500);
    double *truth = pop_column(&m, 0);
    double *ho_truth = pop_column(&ho, 0);
    int i;
    clock_t start = clock(), end;
    for(i = 0; i < 100; ++i){
        backpropagate_layer(dog_copy, cl);
    int count = 0;
    while(++count <= 300){
        for(i = 0; i < m.rows; ++i){
            int index = rand()%m.rows;
            //image p = double_to_image(1690,1,1,m.vals[index]);
            //normalize_image(p);
            forward_network(net, m.vals[index]);
            double *out = get_network_output(net);
            double *delta = get_network_delta(net);
            //printf("%f\n", out[0]);
            delta[0] = truth[index] - out[0];
           // printf("%f\n", delta[0]);
            //printf("%f %f\n", truth[index], out[0]);
            learn_network(net, m.vals[index]);
            update_network(net, .00001);
        }
        double test_acc = error_network(net, m, truth);
        double valid_acc = error_network(net, ho, ho_truth);
        printf("%f, %f\n", test_acc, valid_acc);
        fprintf(stderr, "%5d: %f Valid: %f\n",count, test_acc, valid_acc);
        //if(valid_acc > .70) break;
    }
    end = clock();
    printf("Backpropagate: %lf seconds\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
    start = clock();
    for(i = 0; i < 100; ++i){
        backpropagate_layer_convolve(dog, cl);
    FILE *fp = fopen("submission/out.txt", "w");
    matrix test = csv_to_matrix("test.csv");
    truth = pop_column(&test, 0);
    for(i = 0; i < test.rows; ++i){
        forward_network(net, test.vals[i]);
        double *out = get_network_output(net);
        if(fabs(out[0]) < .5) fprintf(fp, "0\n");
        else fprintf(fp, "1\n");
    }
    end = clock();
    printf("Backpropagate Using Convolutions: %lf seconds\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
    show_image(dog_copy, "Test Backpropagate 1");
    show_image(dog, "Test Backpropagate 2");
    subtract_image(dog, dog_copy);
    show_image(dog, "Test Backpropagate Difference");
    fclose(fp);
    printf("Neural Net Learning: %lf seconds\n", (double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
}

void test_random_preprocess()
{
    FILE *file = fopen("train.csv", "w");
    char *labels[] = {"cat","dog"};
    int i,j,k;
    srand(0);
    network net = parse_network_cfg("convolutional.cfg");
    for(i = 0; i < 100; ++i){
        printf("%d\n", i);
        batch part = get_batch("train_paths.txt", i, 100, labels, 2);
        for(j = 0; j < part.n; ++j){
            forward_network(net, part.images[j].data);
            double *out = get_network_output(net);
            fprintf(file, "%f", part.truth[j][0]);
            for(k = 0; k < get_network_output_size(net); ++k){
                fprintf(file, ",%f", out[k]);
            }
            fprintf(file, "\n");
        }
        free_batch(part);
    }
}

int main()
{
    //test_kernel_update();
    //test_nist();
    test_full();
    //test_random_preprocess();
    //test_random_classify();
    //test_parser();
    //test_backpropagate();
    //test_ann();
    //test_convolve();
    //test_upsample();
    //test_rotate();
    //test_load();
    test_network();
    //test_network();
    //test_convolutional_layer();
    //verify_convolutional_layer();
    //test_color();
    cvWaitKey(0);
    return 0;