im2col slightly faster

Joseph Redmon

2014-10-30 1c0fd9bb4726f28b5ccf4491b8d108b00c884ec3

 src/cnn.c

@@ -32,6 +32,113 @@
   show_image_layers(edge, "Test Convolve");
}

#ifdef GPU

void test_convolutional_layer()
{
    int i;
   image dog = load_image("data/dog.jpg",224,224);
   network net = parse_network_cfg("cfg/convolutional.cfg");
//    data test = load_cifar10_data("data/cifar10/test_batch.bin");
//    float *X = calloc(net.batch*test.X.cols, sizeof(float));
//    float *y = calloc(net.batch*test.y.cols, sizeof(float));
    int in_size = get_network_input_size(net)*net.batch;
    int del_size = get_network_output_size_layer(net, 0)*net.batch;
    int size = get_network_output_size(net)*net.batch;
    float *X = calloc(in_size, sizeof(float));
    float *y = calloc(size, sizeof(float));
    for(i = 0; i < in_size; ++i){
        X[i] = dog.data[i%get_network_input_size(net)];
    }
//    get_batch(test, net.batch, X, y);
    clock_t start, end;
    cl_mem input_cl = cl_make_array(X, in_size);
    cl_mem truth_cl = cl_make_array(y, size);

    forward_network_gpu(net, input_cl, truth_cl, 1);
    start = clock();
    forward_network_gpu(net, input_cl, truth_cl, 1);
    end = clock();
    float gpu_sec = (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC;
    printf("forward gpu: %f sec\n", gpu_sec);
    start = clock();
    backward_network_gpu(net, input_cl);
    end = clock();
    gpu_sec = (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC;
    printf("backward gpu: %f sec\n", gpu_sec);
    //float gpu_cost = get_network_cost(net);
    float *gpu_out = calloc(size, sizeof(float));
    memcpy(gpu_out, get_network_output(net), size*sizeof(float));

    float *gpu_del = calloc(del_size, sizeof(float));
    memcpy(gpu_del, get_network_delta_layer(net, 0), del_size*sizeof(float));

/*
    start = clock();
    forward_network(net, X, y, 1);
    backward_network(net, X);
    float cpu_cost = get_network_cost(net);
    end = clock();
    float cpu_sec = (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC;
    float *cpu_out = calloc(size, sizeof(float));
    memcpy(cpu_out, get_network_output(net), size*sizeof(float));
    float *cpu_del = calloc(del_size, sizeof(float));
    memcpy(cpu_del, get_network_delta_layer(net, 0), del_size*sizeof(float));

    float sum = 0;
    float del_sum = 0;
    for(i = 0; i < size; ++i) sum += pow(gpu_out[i] - cpu_out[i], 2);
    for(i = 0; i < del_size; ++i) {
        //printf("%f %f\n", cpu_del[i], gpu_del[i]);
        del_sum += pow(cpu_del[i] - gpu_del[i], 2);
    }
    printf("GPU cost: %f, CPU cost: %f\n", gpu_cost, cpu_cost);
    printf("gpu: %f sec, cpu: %f sec, diff: %f, delta diff: %f, size: %d\n", gpu_sec, cpu_sec, sum, del_sum, size);
    */
}

void test_col2im()
{
    float col[] =  {1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2,
                    1,2,1,2};
    float im[16] = {0};
    int batch = 1;
    int channels = 1;
    int height=4;
    int width=4;
    int ksize = 3;
    int stride = 1;
    int pad = 0;
    col2im_gpu(col, batch,
         channels,  height,  width,
         ksize,  stride, pad, im);
    int i;
    for(i = 0; i < 16; ++i)printf("%f,", im[i]);
    printf("\n");
    /*
    float data_im[] = {
            1,2,3,4,
            5,6,7,8,
            9,10,11,12
    };
    float data_col[18] = {0};
    im2col_cpu(data_im,  batch,
      channels,   height,  width,
      ksize,   stride,  pad, data_col) ;
    for(i = 0; i < 18; ++i)printf("%f,", data_col[i]);
    printf("\n");
    */
}

#endif

void test_convolve_matrix()
{
   image dog = load_image("dog.jpg",300,400);
@@ -171,29 +278,24 @@
   free_data(train);
}

void train_full()
void train_assira()
{
   network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet.cfg");
   network net = parse_network_cfg("cfg/assira.cfg");
    int imgs = 1000/net.batch+1;
    //imgs = 1;
   srand(2222222);
   int i = 0;
   char *labels[] = {"cat","dog"};
   float lr = .00001;
   float momentum = .9;
   float decay = 0.01;
    clock_t time;
   while(1){
      i += 1000;
      data train = load_data_image_pathfile_random("images/assira/train.list", 1000, labels, 2, 256, 256);
      //image im = float_to_image(256, 256, 3,train.X.vals[0]);
      //visualize_network(net);
      //cvWaitKey(100);
      //show_image(im, "input");
      //cvWaitKey(100);
      //scale_data_rows(train, 1./255.);
        time=clock();
      data train = load_data_image_pathfile_random("data/assira/train.list", imgs*net.batch, labels, 2, 256, 256);
      normalize_data_rows(train);
      clock_t start = clock(), end;
      float loss = train_network_sgd(net, train, 1000);
      end = clock();
      printf("%d: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", i, loss, (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, lr, momentum, decay);
        printf("Loaded: %lf seconds\n", sec(clock()-time));
        time=clock();
      float loss = train_network_sgd(net, train, imgs);
      printf("%d: %f, Time: %lf seconds\n", i, loss, sec(clock()-time));
      free_data(train);
      if(i%10000==0){
         char buff[256];
@@ -204,45 +306,145 @@
   }
}

void train_imagenet()
{
   network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_backup_slowest_2340.cfg");
    printf("Learning Rate: %g, Momentum: %g, Decay: %g\n", net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    int imgs = 1000/net.batch+1;
   srand(6472345);
   int i = 0;
    char **labels = get_labels("/home/pjreddie/data/imagenet/cls.labels.list");
    list *plist = get_paths("/data/imagenet/cls.train.list");
    char **paths = (char **)list_to_array(plist);
    printf("%d\n", plist->size);
    clock_t time;
   while(1){
      i += 1;
        time=clock();
      data train = load_data_random(imgs*net.batch, paths, plist->size, labels, 1000, 256, 256);
      normalize_data_rows(train);
        printf("Loaded: %lf seconds\n", sec(clock()-time));
        time=clock();
        #ifdef GPU
      float loss = train_network_data_gpu(net, train, imgs);
      printf("%d: %f, %lf seconds, %d images\n", i, loss, sec(clock()-time), i*imgs*net.batch);
        #endif
      free_data(train);
      if(i%10==0){
         char buff[256];
         sprintf(buff, "/home/pjreddie/imagenet_backup/imagenet_small_%d.cfg", i);
         save_network(net, buff);
      }
   }
}

void train_imagenet_small()
{
   network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_small.cfg");
    printf("Learning Rate: %g, Momentum: %g, Decay: %g\n", net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    int imgs=1;
    srand(111222);
    int i = 0;
    char **labels = get_labels("/home/pjreddie/data/imagenet/cls.labels.list");
    list *plist = get_paths("/data/imagenet/cls.train.list");
    char **paths = (char **)list_to_array(plist);
    printf("%d\n", plist->size);
    clock_t time;

    i += 1;
    time=clock();
    data train = load_data_random(imgs*net.batch, paths, plist->size, labels, 1000, 256, 256);
    normalize_data_rows(train);
    printf("Loaded: %lf seconds\n", sec(clock()-time));
    time=clock();
#ifdef GPU
    float loss = train_network_data_gpu(net, train, imgs);
    printf("%d: %f, %lf seconds, %d images\n", i, loss, sec(clock()-time), i*imgs*net.batch);
#endif
    free_data(train);
    char buff[256];
    sprintf(buff, "/home/pjreddie/imagenet_backup/imagenet_backup_slower_larger_%d.cfg", i);
    save_network(net, buff);
}

void test_imagenet()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_test.cfg");
    //imgs=1;
    srand(2222222);
    int i = 0;
    char **names = get_labels("cfg/shortnames.txt");
    clock_t time;
    char filename[256];
    int indexes[10];
    while(1){
        gets(filename);
        image im = load_image_color(filename, 256, 256);
        normalize_image(im);
        printf("%d %d %d\n", im.h, im.w, im.c);
        float *X = im.data;
        time=clock();
        float *predictions = network_predict(net, X);
        top_predictions(net, 10, indexes);
        printf("%s: Predicted in %f seconds.\n", filename, sec(clock()-time));
        for(i = 0; i < 10; ++i){
            int index = indexes[i];
            printf("%s: %f\n", names[index], predictions[index]);
        }
        free_image(im);
    }
}

void test_visualize()
{
   network net = parse_network_cfg("cfg/voc_imagenet.cfg");
   srand(2222222);
   visualize_network(net);
   cvWaitKey(0);
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet.cfg");
    visualize_network(net);
    cvWaitKey(0);
}
void test_full()
{
   network net = parse_network_cfg("cfg/backup_1300.cfg");
   srand(2222222);
   int i,j;
   int total = 100;
   char *labels[] = {"cat","dog"};
   FILE *fp = fopen("preds.txt","w");
   for(i = 0; i < total; ++i){
      visualize_network(net);
      cvWaitKey(100);
      data test = load_data_image_pathfile_part("images/assira/test.list", i, total, labels, 2, 256, 256);
      image im = float_to_image(256, 256, 3,test.X.vals[0]);
      show_image(im, "input");
      cvWaitKey(100);
      normalize_data_rows(test);
      for(j = 0; j < test.X.rows; ++j){
         float *x = test.X.vals[j];
         forward_network(net, x, 0);
         int class = get_predicted_class_network(net);
         fprintf(fp, "%d\n", class);
      }
      free_data(test);
   }
   fclose(fp);
    network net = parse_network_cfg("cfg/backup_1300.cfg");
    srand(2222222);
    int i,j;
    int total = 100;
    char *labels[] = {"cat","dog"};
    FILE *fp = fopen("preds.txt","w");
    for(i = 0; i < total; ++i){
        visualize_network(net);
        cvWaitKey(100);
        data test = load_data_image_pathfile_part("data/assira/test.list", i, total, labels, 2, 256, 256);
        image im = float_to_image(256, 256, 3,test.X.vals[0]);
        show_image(im, "input");
        cvWaitKey(100);
        normalize_data_rows(test);
        for(j = 0; j < test.X.rows; ++j){
            float *x = test.X.vals[j];
            forward_network(net, x, 0, 0);
            int class = get_predicted_class_network(net);
            fprintf(fp, "%d\n", class);
        }
        free_data(test);
    }
    fclose(fp);
}

void test_cifar10()
{
   srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/cifar10_part5.cfg");
    data test = load_cifar10_data("data/cifar10/test_batch.bin");
    clock_t start = clock(), end;
    float test_acc = network_accuracy(net, test);
    end = clock();
    printf("%f in %f Sec\n", test_acc, (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
    visualize_network(net);
    cvWaitKey(0);
}

void train_cifar10()
{
    srand(555555);
    network net = parse_network_cfg("cfg/cifar10.cfg");
    //data test = load_cifar10_data("data/cifar10/test_batch.bin");
    data test = load_cifar10_data("data/cifar10/test_batch.bin");
    int count = 0;
    int iters = 10000/net.batch;
    data train = load_all_cifar10();
@@ -251,11 +453,19 @@
        float loss = train_network_sgd(net, train, iters);
        end = clock();
        //visualize_network(net);
        //cvWaitKey(1000);
        //cvWaitKey(5000);

        //float test_acc = network_accuracy(net, test);
        //printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
        printf("%d: Loss: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
        if(count%10 == 0){
            float test_acc = network_accuracy(net, test);
            printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
            char buff[256];
            sprintf(buff, "/home/pjreddie/cifar/cifar10_2_%d.cfg", count);
            save_network(net, buff);
        }else{
            printf("%d: Loss: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, (float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
        }
    }
    free_data(train);
}
@@ -281,10 +491,10 @@
void test_nist_single()
{
    srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist_single.cfg");
    data train = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_tiny.csv", 0, 10);
    normalize_data_rows(train);
    float loss = train_network_sgd(net, train, 5);
    float loss = train_network_sgd(net, train, 1);
    printf("Loss: %f, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", loss, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);

}
@@ -292,25 +502,43 @@
void test_nist()
{
    srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist_final.cfg");
    data test = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_test.csv",0,10);
    translate_data_rows(test, -144);
    clock_t start = clock(), end;
    float test_acc = network_accuracy_multi(net, test,16);
    end = clock();
    printf("Accuracy: %f, Time: %lf seconds\n", test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC);
}

void train_nist()
{
    srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
    data train = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_train.csv", 0, 10);
    data test = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_test.csv",0,10);
   translate_data_rows(train, -144);
   scale_data_rows(train, 1./128);
   translate_data_rows(test, -144);
   scale_data_rows(test, 1./128);
    translate_data_rows(train, -144);
    //scale_data_rows(train, 1./128);
    translate_data_rows(test, -144);
    //scale_data_rows(test, 1./128);
    //randomize_data(train);
    int count = 0;
    //clock_t start = clock(), end;
    int iters = 10000/net.batch;
    while(++count <= 100){
    while(++count <= 2000){
        clock_t start = clock(), end;
        float loss = train_network_sgd(net, train, iters);
        end = clock();
        float test_acc = network_accuracy(net, test);
        //float test_acc = 0;
        printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
        //save_network(net, "cfg/nist_basic_trained.cfg");
        /*printf("%f %f %f %f %f\n", mean_array(get_network_output_layer(net,0), 100),
          mean_array(get_network_output_layer(net,1), 100),
          mean_array(get_network_output_layer(net,2), 100),
          mean_array(get_network_output_layer(net,3), 100),
          mean_array(get_network_output_layer(net,4), 100));
         */
        //save_network(net, "cfg/nist_final2.cfg");

        //printf("%5d Training Loss: %lf, Params: %f %f %f, ",count*1000, loss, lr, momentum, decay);
        //end = clock();
@@ -373,7 +601,7 @@
            int index = rand()%m.rows;
            //image p = float_to_image(1690,1,1,m.vals[index]);
            //normalize_image(p);
            forward_network(net, m.vals[index], 1);
            forward_network(net, m.vals[index], 0, 1);
            float *out = get_network_output(net);
            float *delta = get_network_delta(net);
            //printf("%f\n", out[0]);
@@ -394,7 +622,7 @@
    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], 0);
        forward_network(net, test.vals[i],0, 0);
        float *out = get_network_output(net);
        if(fabs(out[0]) < .5) fprintf(fp, "0\n");
        else fprintf(fp, "1\n");
@@ -494,7 +722,7 @@
    //normalize_array(im.data, im.h*im.w*im.c);
    translate_image(im, -144);
    resize_network(net, im.h, im.w, im.c);
    forward_network(net, im.data, 0);
    forward_network(net, im.data, 0, 0);
    image out = get_network_image(net);
    free_image(im);
    cvReleaseImage(&sized);
@@ -546,7 +774,7 @@
        resize_network(net, im.h, im.w, im.c);
        //scale_image(im, 1./255);
        translate_image(im, -144);
        forward_network(net, im.data, 0);
        forward_network(net, im.data, 0, 0);
        image out = get_network_image(net);

        int dh = (im.h - h)/(out.h-1);
@@ -608,7 +836,7 @@
        image im = load_image(image_path, 0, 0);
        printf("Processing %dx%d image\n", im.h, im.w);
        resize_network(net, im.h, im.w, im.c);
        forward_network(net, im.data, 0);
        forward_network(net, im.data, 0, 0);
        image out = get_network_image(net);

        int dh = (im.h - h)/h;
@@ -641,7 +869,7 @@
    image im = load_image("data/cat.png", 0, 0);
    printf("Processing %dx%d image\n", im.h, im.w);
    resize_network(net, im.h, im.w, im.c);
    forward_network(net, im.data, 0);
    forward_network(net, im.data, 0, 0);

    visualize_network(net);
    cvWaitKey(0);
@@ -754,53 +982,52 @@
    cvWaitKey(0);
}

void test_gpu_net()
{
    srand(222222);
    network net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
    data train = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_train.csv", 0, 10);
    data test = load_categorical_data_csv("data/mnist/mnist_test.csv",0,10);
    translate_data_rows(train, -144);
    translate_data_rows(test, -144);
    int count = 0;
    int iters = 1000/net.batch;
    while(++count <= 5){
        clock_t start = clock(), end;
        float loss = train_network_sgd(net, train, iters);
        end = clock();
        float test_acc = network_accuracy(net, test);
        printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    }
    #ifdef GPU
    count = 0;
    srand(222222);
    net = parse_network_cfg("cfg/nist.cfg");
    while(++count <= 5){
        clock_t start = clock(), end;
        float loss = train_network_sgd_gpu(net, train, iters);
        end = clock();
        float test_acc = network_accuracy(net, test);
        printf("%d: Loss: %f, Test Acc: %f, Time: %lf seconds, LR: %f, Momentum: %f, Decay: %f\n", count, loss, test_acc,(float)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC, net.learning_rate, net.momentum, net.decay);
    }
    #endif
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    //train_full();
    //test_distribution();
    //feenableexcept(FE_DIVBYZERO | FE_INVALID | FE_OVERFLOW);

    //test_blas();
    //test_visualize();
    //test_gpu_blas();
    //test_blas();
    //test_convolve_matrix();
    //    test_im2row();
    //test_split();
    //test_ensemble();
    //test_nist_single();
    test_nist();
    //test_cifar10();
    //test_vince();
    //test_full();
    //tune_VOC();
    //features_VOC_image(argv[1], argv[2], argv[3], 0);
    //features_VOC_image(argv[1], argv[2], argv[3], 1);
    //train_VOC();
    //features_VOC_image(argv[1], argv[2], argv[3], 0, 4);
    //features_VOC_image(argv[1], argv[2], argv[3], 1, 4);
    //features_VOC_image_size(argv[1], atoi(argv[2]), atoi(argv[3]));
    //visualize_imagenet_features("data/assira/train.list");
    //visualize_imagenet_topk("data/VOC2012.list");
    //visualize_cat();
    //flip_network();
    //test_visualize();
    //test_parser();
    if(argc != 2){
        fprintf(stderr, "usage: %s <function>\n", argv[0]);
        return 0;
    }
    if(0==strcmp(argv[1], "train")) train_imagenet();
    else if(0==strcmp(argv[1], "train_small")) train_imagenet_small();
    else if(0==strcmp(argv[1], "test_correct")) test_gpu_net();
    else if(0==strcmp(argv[1], "test")) test_imagenet();
    else if(0==strcmp(argv[1], "visualize")) test_visualize();
    #ifdef GPU
    else if(0==strcmp(argv[1], "test_gpu")) test_gpu_blas();
    #endif
    fprintf(stderr, "Success!\n");
    //test_random_preprocess();
    //test_random_classify();
    //test_parser();
    //test_backpropagate();
    //test_ann();
    //test_convolve();
    //test_upsample();
    //test_rotate();
    //test_load();
    //test_network();
    //test_convolutional_layer();
    //verify_convolutional_layer();
    //test_color();
    //cvWaitKey(0);
    return 0;
}