Convolutional layers working w/ matrices

Joseph Redmon

2014-01-29 f7a17f82eb43de864a4f980f235055da9685eef8

 src/convolutional_layer.c

@@ -9,7 +9,7 @@
    h = layer.out_h;
    w = layer.out_w;
    c = layer.n;
    return double_to_image(h,w,c,layer.output);
    return float_to_image(h,w,c,layer.output);
}

image get_convolutional_delta(convolutional_layer layer)
@@ -18,7 +18,7 @@
    h = layer.out_h;
    w = layer.out_w;
    c = layer.n;
    return double_to_image(h,w,c,layer.delta);
    return float_to_image(h,w,c,layer.delta);
}

convolutional_layer *make_convolutional_layer(int h, int w, int c, int n, int size, int stride, ACTIVATION activation)
@@ -34,14 +34,14 @@
    layer->stride = stride;
    layer->size = size;

    layer->filters = calloc(c*n*size*size, sizeof(double));
    layer->filter_updates = calloc(c*n*size*size, sizeof(double));
    layer->filter_momentum = calloc(c*n*size*size, sizeof(double));
    layer->filters = calloc(c*n*size*size, sizeof(float));
    layer->filter_updates = calloc(c*n*size*size, sizeof(float));
    layer->filter_momentum = calloc(c*n*size*size, sizeof(float));

    layer->biases = calloc(n, sizeof(double));
    layer->bias_updates = calloc(n, sizeof(double));
    layer->bias_momentum = calloc(n, sizeof(double));
    double scale = 2./(size*size);
    layer->biases = calloc(n, sizeof(float));
    layer->bias_updates = calloc(n, sizeof(float));
    layer->bias_momentum = calloc(n, sizeof(float));
    float scale = 2./(size*size);
    for(i = 0; i < c*n*size*size; ++i) layer->filters[i] = rand_normal()*scale;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        //layer->biases[i] = rand_normal()*scale + scale;
@@ -50,9 +50,9 @@
    out_h = (h-size)/stride + 1;
    out_w = (w-size)/stride + 1;

    layer->col_image = calloc(out_h*out_w*size*size*c, sizeof(double));
    layer->output = calloc(out_h * out_w * n, sizeof(double));
    layer->delta  = calloc(out_h * out_w * n, sizeof(double));
    layer->col_image = calloc(out_h*out_w*size*size*c, sizeof(float));
    layer->output = calloc(out_h * out_w * n, sizeof(float));
    layer->delta  = calloc(out_h * out_w * n, sizeof(float));
    layer->activation = activation;
    layer->out_h = out_h;
    layer->out_w = out_w;
@@ -63,18 +63,18 @@
    return layer;
}

void forward_convolutional_layer(const convolutional_layer layer, double *in)
void forward_convolutional_layer(const convolutional_layer layer, float *in)
{
    int m = layer.n;
    int k = layer.size*layer.size*layer.c;
    int n = ((layer.h-layer.size)/layer.stride + 1)*
            ((layer.w-layer.size)/layer.stride + 1);

    memset(layer.output, 0, m*n*sizeof(double));
    memset(layer.output, 0, m*n*sizeof(float));

    double *a = layer.filters;
    double *b = layer.col_image;
    double *c = layer.output;
    float *a = layer.filters;
    float *b = layer.col_image;
    float *c = layer.output;

    im2col_cpu(in,  layer.c,  layer.h,  layer.w,  layer.size,  layer.stride, b);
    gemm(0,0,m,n,k,1,a,k,b,n,1,c,n);
@@ -94,7 +94,7 @@
    int i,j;
    int size = layer.out_h*layer.out_w;
    for(i = 0; i < layer.n; ++i){
        double sum = 0;
        float sum = 0;
        for(j = 0; j < size; ++j){
            sum += layer.delta[j+i*size];
        }
@@ -111,14 +111,33 @@
    int k = ((layer.h-layer.size)/layer.stride + 1)*
            ((layer.w-layer.size)/layer.stride + 1);

    double *a = layer.delta;
    double *b = layer.col_image;
    double *c = layer.filter_updates;
    float *a = layer.delta;
    float *b = layer.col_image;
    float *c = layer.filter_updates;

    gemm(0,1,m,n,k,1,a,k,b,k,1,c,n);
}

void update_convolutional_layer(convolutional_layer layer, double step, double momentum, double decay)
void backward_convolutional_layer(convolutional_layer layer, float *delta)
{
    int m = layer.size*layer.size*layer.c;
    int k = layer.n;
    int n = ((layer.h-layer.size)/layer.stride + 1)*
            ((layer.w-layer.size)/layer.stride + 1);

    float *a = layer.filters;
    float *b = layer.delta;
    float *c = layer.col_image;


    memset(c, 0, m*n*sizeof(float));
    gemm(1,0,m,n,k,1,a,m,b,n,1,c,n);

    memset(delta, 0, layer.h*layer.w*layer.c*sizeof(float));
    col2im_cpu(c,  layer.c,  layer.h,  layer.w,  layer.size,  layer.stride, delta);
}

void update_convolutional_layer(convolutional_layer layer, float step, float momentum, float decay)
{
    int i;
    int size = layer.size*layer.size*layer.c*layer.n;
@@ -133,9 +152,9 @@
}
/*

void backward_convolutional_layer2(convolutional_layer layer, double *input, double *delta)
void backward_convolutional_layer2(convolutional_layer layer, float *input, float *delta)
{
    image in_delta = double_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, delta);
    image in_delta = float_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, delta);
    image out_delta = get_convolutional_delta(layer);
    int i,j;
    for(i = 0; i < layer.n; ++i){
@@ -156,10 +175,10 @@
}


void learn_convolutional_layer(convolutional_layer layer, double *input)
void learn_convolutional_layer(convolutional_layer layer, float *input)
{
    int i;
    image in_image = double_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, input);
    image in_image = float_to_image(layer.h, layer.w, layer.c, input);
    image out_delta = get_convolutional_delta(layer);
    gradient_delta_convolutional_layer(layer);
    for(i = 0; i < layer.n; ++i){
@@ -168,7 +187,7 @@
    }
}

void update_convolutional_layer(convolutional_layer layer, double step, double momentum, double decay)
void update_convolutional_layer(convolutional_layer layer, float step, float momentum, float decay)
{
    int i,j;
    for(i = 0; i < layer.n; ++i){
@@ -190,21 +209,28 @@
void test_convolutional_layer()
{
    convolutional_layer l = *make_convolutional_layer(4,4,1,1,3,1,LINEAR);
    double input[] =    {1,2,3,4,
    float input[] =    {1,2,3,4,
                        5,6,7,8,
                        9,10,11,12,
                        13,14,15,16};
    double filter[] =   {.5, 0, .3,
    float filter[] =   {.5, 0, .3,
                        0  , 1,  0,
                        .2 , 0,  1};
    double delta[] =    {1, 2,
    float delta[] =    {1, 2,
                        3,  4};
    float in_delta[] = {.5,1,.3,.6,
                        5,6,7,8,
                        9,10,11,12,
                        13,14,15,16};
    l.filters = filter;
    forward_convolutional_layer(l, input);
    l.delta = delta;
    learn_convolutional_layer(l);
    image filter_updates = double_to_image(3,3,1,l.filter_updates);
    image filter_updates = float_to_image(3,3,1,l.filter_updates);
    print_image(filter_updates);
    printf("Delta:\n");
    backward_convolutional_layer(l, in_delta);
    pm(4,4,in_delta);
}

image get_convolutional_filter(convolutional_layer layer, int i)
@@ -212,7 +238,7 @@
    int h = layer.size;
    int w = layer.size;
    int c = layer.c;
    return double_to_image(h,w,c,layer.filters+i*h*w*c);
    return float_to_image(h,w,c,layer.filters+i*h*w*c);
}

void visualize_convolutional_layer(convolutional_layer layer, char *window)