Can validate on imagenet now

Joseph Redmon

2014-11-05 b13ad6d5fd23f68f506c14ede4282126d893702b

Can validate on imagenet now

 Makefile

@@ -1,10 +1,17 @@
CC=gcc
GPU=1
CLBLAS=0

CC=gcc
COMMON=-Wall -Wfatal-errors `pkg-config --cflags opencv` -I/usr/local/cuda/include/
ifeq ($(GPU), 1) 
COMMON+=-DGPU
else
endif

ifeq ($(CLBLAS), 1) 
COMMON+=-DCLBLAS
LDFLAGS=-lclBLAS
endif

UNAME = $(shell uname)
OPTS=-Ofast -flto
ifeq ($(UNAME), Darwin)
@@ -15,7 +22,7 @@
else
OPTS+= -march=native
ifeq ($(GPU), 1)
LDFLAGS= -lOpenCL
LDFLAGS+= -lOpenCL
endif
endif
CFLAGS= $(COMMON) $(OPTS)
@@ -25,7 +32,7 @@
EXEC=cnn
OBJDIR=./obj/

OBJ=network.o image.o cnn.o connected_layer.o maxpool_layer.o activations.o list.o option_list.o parser.o utils.o data.o matrix.o softmax_layer.o mini_blas.o convolutional_layer.o gemm.o normalization_layer.o opencl.o im2col.o col2im.o axpy.o dropout_layer.o crop_layer.o freeweight_layer.o cost_layer.o
OBJ=network.o network_gpu.o image.o cnn.o connected_layer.o maxpool_layer.o activations.o list.o option_list.o parser.o utils.o data.o matrix.o softmax_layer.o mini_blas.o convolutional_layer.o gemm.o normalization_layer.o opencl.o im2col.o col2im.o axpy.o dropout_layer.o crop_layer.o freeweight_layer.o cost_layer.o
OBJS = $(addprefix $(OBJDIR), $(OBJ))

all: $(EXEC)

 src/cnn.c

@@ -278,9 +278,9 @@
    free_data(train);
}

void train_assira()
void train_asirra()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/assira.cfg");
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet.cfg");
    int imgs = 1000/net.batch+1;
    //imgs = 1;
    srand(2222222);
@@ -288,18 +288,18 @@
    char *labels[] = {"cat","dog"};
    clock_t time;
    while(1){
        i += 1000;
        i += 1;
        time=clock();
        data train = load_data_image_pathfile_random("data/assira/train.list", imgs*net.batch, labels, 2, 256, 256);
        normalize_data_rows(train);
        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));
        float loss = train_network_data_gpu(net, train, imgs);
        printf("%d: %f, Time: %lf seconds\n", i*net.batch*imgs, loss, sec(clock()-time));
        free_data(train);
        if(i%10000==0){
        if(i%10==0){
            char buff[256];
            sprintf(buff, "cfg/assira_backup_%d.cfg", i);
            sprintf(buff, "cfg/asirra_backup_%d.cfg", i);
            save_network(net, buff);
        }
        //lr *= .99;
@@ -308,10 +308,11 @@

void train_imagenet()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_small_830.cfg");
    float avg_loss = 1;
    network net = parse_network_cfg("/home/pjreddie/imagenet_backup/imagenet_nin_2680.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);
    srand(time(0));
    int i = 0;
    char **labels = get_labels("/home/pjreddie/data/imagenet/cls.labels.list");
    list *plist = get_paths("/data/imagenet/cls.train.list");
@@ -322,22 +323,51 @@
        i += 1;
        time=clock();
        data train = load_data_random(imgs*net.batch, paths, plist->size, labels, 1000, 256, 256);
        normalize_data_rows(train);
        //translate_data_rows(train, -144);
        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);
        avg_loss = avg_loss*.9 + loss*.1;
        printf("%d: %f, %f avg, %lf seconds, %d images\n", i, loss, avg_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);
            sprintf(buff, "/home/pjreddie/imagenet_backup/imagenet_nin_%d.cfg", i);
            save_network(net, buff);
        }
    }
}

void validate_imagenet(char *filename)
{
    int i;
    network net = parse_network_cfg(filename);
    srand(time(0));

    char **labels = get_labels("/home/pjreddie/data/imagenet/cls.val.labels.list");
    char *path = "/home/pjreddie/data/imagenet/cls.val.list";

    clock_t time;
    float avg_acc = 0;
    int splits = 50;
    for(i = 0; i < splits; ++i){
        time=clock();
        data val = load_data_image_pathfile_part(path, i, splits, labels, 1000, 256, 256);
        normalize_data_rows(val);
        printf("Loaded: %d images in %lf seconds\n", val.X.rows, sec(clock()-time));
        time=clock();
        #ifdef GPU
        float acc = network_accuracy_gpu(net, val);
        avg_acc += acc;
        printf("%d: %f, %f avg, %lf seconds, %d images\n", i, acc, avg_acc/(i+1), sec(clock()-time), val.X.rows);
        #endif
        free_data(val);
    }
}

void train_imagenet_small()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_small.cfg");
@@ -369,7 +399,7 @@

void test_imagenet()
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_test.cfg");
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet_test.cfg");
    //imgs=1;
    srand(2222222);
    int i = 0;
@@ -380,7 +410,7 @@
    while(1){
        gets(filename);
        image im = load_image_color(filename, 256, 256);
        normalize_image(im);
        z_normalize_image(im);
        printf("%d %d %d\n", im.h, im.w, im.c);
        float *X = im.data;
        time=clock();
@@ -395,9 +425,9 @@
    }
}

void test_visualize()
void test_visualize(char *filename)
{
    network net = parse_network_cfg("cfg/imagenet.cfg");
    network net = parse_network_cfg(filename);
    visualize_network(net);
    cvWaitKey(0);
}
@@ -1016,26 +1046,17 @@

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    int ksize = 3;
    int stride = 4;
    int width_col = 20;
    for(i = 0; i < 10; ++i){
        int start = (i<ksize)?0:(i-ksize)/stride + 1;
        int start2 = (i-ksize+stride)/stride;
        int end = i/stride + 1;
        end = (width_col < end) ? width_col : end;
        printf("%d: %d vs %d, %d\n", i, start,start2, end);
    }
    if(argc != 2){
    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], "asirra")) train_asirra();
    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();
    else if(0==strcmp(argv[1], "visualize")) test_visualize(argv[2]);
    else if(0==strcmp(argv[1], "valid")) validate_imagenet(argv[2]);
    #ifdef GPU
    else if(0==strcmp(argv[1], "test_gpu")) test_gpu_blas();
    #endif

 src/connected_layer.c

@@ -28,7 +28,7 @@
    //layer->weight_adapt = calloc(inputs*outputs, sizeof(float));
    layer->weights = calloc(inputs*outputs, sizeof(float));
    float scale = 1./inputs;
    scale = .05;
    scale = .01;
    for(i = 0; i < inputs*outputs; ++i)
        layer->weights[i] = scale*2*(rand_uniform()-.5);


 src/convolutional_layer.c

@@ -65,7 +65,7 @@
    layer->bias_updates = calloc(n, sizeof(float));
    layer->bias_momentum = calloc(n, sizeof(float));
    float scale = 1./(size*size*c);
    scale = .05;
    scale = .01;
    for(i = 0; i < c*n*size*size; ++i) layer->filters[i] = scale*2*(rand_uniform()-.5);
    for(i = 0; i < n; ++i){
        //layer->biases[i] = rand_normal()*scale + scale;

 src/cost_layer.c

@@ -35,6 +35,8 @@
void forward_cost_layer_gpu(cost_layer layer, cl_mem input, cl_mem truth)
{
    if (!truth) return;


    copy_ongpu(layer.batch*layer.inputs, truth, 1, layer.delta_cl, 1);
    axpy_ongpu(layer.batch*layer.inputs, -1, input, 1, layer.delta_cl, 1);
    cl_read_array(layer.delta_cl, layer.delta, layer.batch*layer.inputs);

 src/data.c

@@ -83,6 +83,7 @@

data load_data_image_pathfile_part(char *filename, int part, int total, char **labels, int k, int h, int w)
{
    clock_t time = clock();
    list *plist = get_paths(filename);
    char **paths = (char **)list_to_array(plist);
    int start = part*plist->size/total;

 src/gemm.c

@@ -104,7 +104,10 @@

#include "opencl.h"
#include <math.h>
//#include <clBLAS.h>

#ifdef CLBLAS
#include <clBLAS.h>
#endif

#define STR_HELPER(x) #x
#define STR(x) STR_HELPER(x)
@@ -165,13 +168,6 @@
        float BETA,
        cl_mem C_gpu, int ldc)
{
/*
    cl_setup();
    cl_command_queue queue = cl.queue;
    cl_event event;
    cl.error = clblasSgemm(clblasRowMajor, TA?clblasTrans:clblasNoTrans, TB?clblasTrans:clblasNoTrans,M, N, K,ALPHA, A_gpu, 0, lda,B_gpu, 0, ldb,BETA, C_gpu, 0, ldc,1, &queue, 0, NULL, &event);
    */

    gemm_ongpu_offset(TA, TB, M, N, K, ALPHA, A_gpu, 0, lda, B_gpu, 0, ldb, BETA, C_gpu, 0, ldc);
}

@@ -181,6 +177,13 @@
        float BETA,
        cl_mem C_gpu, int c_off, int ldc)
{
#ifdef CLBLAS
    cl_setup();
    cl_command_queue queue = cl.queue;
    cl_event event;
    cl.error = clblasSgemm(clblasRowMajor, TA?clblasTrans:clblasNoTrans, TB?clblasTrans:clblasNoTrans,M, N, K,ALPHA, A_gpu, a_off, lda,B_gpu, b_off, ldb,BETA, C_gpu, c_off, ldc,1, &queue, 0, NULL, &event);
    check_error(cl);
#else
    //printf("gpu: %d %d %d %d %d\n",TA, TB, M, N, K);
    cl_setup();
    cl_kernel      gemm_kernel = get_gemm_kernel();
@@ -213,6 +216,7 @@

    clEnqueueNDRangeKernel(queue, gemm_kernel, 2, 0, global_size, local_size, 0, 0, 0);
    check_error(cl);
    #endif
}

void gemm_gpu(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA, 
@@ -284,7 +288,7 @@

void time_ongpu(int TA, int TB, int m, int k, int n)
{
    int iter = 128;
    int iter = 10;
    float *a = random_matrix(m,k);
    float *b = random_matrix(k,n);

@@ -302,7 +306,7 @@
    for(i = 0; i<iter; ++i){
        gemm_ongpu(TA,TB,m,n,k,1,a_cl,lda,b_cl,ldb,1,c_cl,n);
    }
    double flop = m*n*(2.*k+3.)*iter;
    double flop = m*n*k*iter;
    double gflop = flop/pow(10., 9);
    end = clock();
    double seconds = sec(end-start);
@@ -352,32 +356,43 @@
void test_gpu_blas()
{
    /*
    test_gpu_accuracy(0,0,10,576,75); 
       test_gpu_accuracy(0,0,10,576,75); 

    test_gpu_accuracy(0,0,17,10,10); 
    test_gpu_accuracy(1,0,17,10,10); 
    test_gpu_accuracy(0,1,17,10,10); 
    test_gpu_accuracy(1,1,17,10,10); 
       test_gpu_accuracy(0,0,17,10,10); 
       test_gpu_accuracy(1,0,17,10,10); 
       test_gpu_accuracy(0,1,17,10,10); 
       test_gpu_accuracy(1,1,17,10,10); 

    test_gpu_accuracy(0,0,1000,10,100); 
    test_gpu_accuracy(1,0,1000,10,100); 
    test_gpu_accuracy(0,1,1000,10,100); 
    test_gpu_accuracy(1,1,1000,10,100); 
    */
       test_gpu_accuracy(0,0,1000,10,100); 
       test_gpu_accuracy(1,0,1000,10,100); 
       test_gpu_accuracy(0,1,1000,10,100); 
       test_gpu_accuracy(1,1,1000,10,100); 
     */
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 
    time_ongpu(0,0,128,1200,4096); 

    time_ongpu(0,1,128,1200,4096); 
    time_ongpu(1,0,1200,4096,128); 
    time_ongpu(1,0,4096,1200,128); 
    time_ongpu(1,0,1200,128,4096); 

    test_gpu_accuracy(0,0,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(0,1,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(1,0,131,4093,1199); 
    test_gpu_accuracy(1,1,131,4093,1199); 
    /*

    time_ongpu(0,0,1024,1024,1024); 
    time_ongpu(0,1,1024,1024,1024); 
    time_ongpu(1,0,1024,1024,1024); 
    time_ongpu(1,1,1024,1024,1024); 
       time_ongpu(0,0,1024,1024,1024); 
       time_ongpu(0,1,1024,1024,1024); 
       time_ongpu(1,0,1024,1024,1024); 
       time_ongpu(1,1,1024,1024,1024); 

    time_ongpu(0,0,128,4096,1200); 
    time_ongpu(0,1,128,4096,1200); 
    time_ongpu(1,0,128,4096,1200); 
    time_ongpu(1,1,128,4096,1200); 
       time_ongpu(0,0,128,4096,1200); 
       time_ongpu(0,1,128,4096,1200); 
       time_ongpu(1,0,128,4096,1200); 
       time_ongpu(1,1,128,4096,1200); 
     */

    /*
       time_gpu_random_matrix(0,0,1000,1000,100); 

 src/image.c

@@ -423,7 +423,7 @@
        exit(0);
    }
    if(h && w && (src->height != h || src->width != w)){
        printf("Resized!\n");
        //printf("Resized!\n");
        IplImage *resized = resizeImage(src, h, w, 1);
        cvReleaseImage(&src);
        src = resized;

 src/network.c

@@ -31,150 +31,6 @@
    return net;
}

#ifdef GPU

void forward_network_gpu(network net, cl_mem input, cl_mem truth, int train)
{
    //printf("start\n");
    int i;
    for(i = 0; i < net.n; ++i){
        //clock_t time = clock();
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            forward_convolutional_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == COST){
            cost_layer layer = *(cost_layer *)net.layers[i];
            forward_cost_layer_gpu(layer, input, truth);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            forward_connected_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == MAXPOOL){
            maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
            forward_maxpool_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == SOFTMAX){
            softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
            forward_softmax_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        //printf("%d %f\n", i, sec(clock()-time));
        /*
           else if(net.types[i] == CROP){
           crop_layer layer = *(crop_layer *)net.layers[i];
           forward_crop_layer(layer, input);
           input = layer.output;
           }
           else if(net.types[i] == NORMALIZATION){
           normalization_layer layer = *(normalization_layer *)net.layers[i];
           forward_normalization_layer(layer, input);
           input = layer.output;
           }
         */
    }
}

void backward_network_gpu(network net, cl_mem input)
{
    int i;
    cl_mem prev_input;
    cl_mem prev_delta;
    for(i = net.n-1; i >= 0; --i){
        //clock_t time = clock();
        if(i == 0){
            prev_input = input;
            prev_delta = 0;
        }else{
            prev_input = get_network_output_cl_layer(net, i-1);
            prev_delta = get_network_delta_cl_layer(net, i-1);
        }
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            backward_convolutional_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == COST){
            cost_layer layer = *(cost_layer *)net.layers[i];
            backward_cost_layer_gpu(layer, prev_input, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            backward_connected_layer_gpu(layer, prev_input, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == MAXPOOL){
            maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
            backward_maxpool_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == SOFTMAX){
            softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
            backward_softmax_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        //printf("back: %d %f\n", i, sec(clock()-time));
    }
}

void update_network_gpu(network net)
{
    int i;
    for(i = 0; i < net.n; ++i){
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            update_convolutional_layer_gpu(layer);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            update_connected_layer_gpu(layer);
        }
    }
}

cl_mem get_network_output_cl_layer(network net, int i)
{
    if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
        convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == CONNECTED){
        connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == MAXPOOL){
        maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == SOFTMAX){
        softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    return 0;
}

cl_mem get_network_delta_cl_layer(network net, int i)
{
    if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
        convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == CONNECTED){
        connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == MAXPOOL){
        maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == SOFTMAX){
        softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    return 0;
}

#endif

void forward_network(network net, float *input, float *truth, int train)
{
@@ -383,70 +239,6 @@
}


#ifdef GPU
float train_network_datum_gpu(network net, float *x, float *y)
{
    int x_size = get_network_input_size(net)*net.batch;
    int y_size = get_network_output_size(net)*net.batch;
    clock_t time = clock();
    if(!*net.input_cl){
        *net.input_cl = cl_make_array(x, x_size);
        *net.truth_cl = cl_make_array(y, y_size);
    }else{
        cl_write_array(*net.input_cl, x, x_size);
        cl_write_array(*net.truth_cl, y, y_size);
    }
    //printf("trans %f\n", sec(clock()-time));
    time = clock();
    forward_network_gpu(net, *net.input_cl, *net.truth_cl, 1);
    //printf("forw %f\n", sec(clock()-time));
    time = clock();
    backward_network_gpu(net, *net.input_cl);
    //printf("back %f\n", sec(clock()-time));
    time = clock();
    float error = get_network_cost(net);
    update_network_gpu(net);
    //printf("updt %f\n", sec(clock()-time));
    time = clock();
    return error;
}

float train_network_sgd_gpu(network net, data d, int n)
{
    int batch = net.batch;
    float *X = calloc(batch*d.X.cols, sizeof(float));
    float *y = calloc(batch*d.y.cols, sizeof(float));

    int i;
    float sum = 0;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        get_random_batch(d, batch, X, y);
        float err = train_network_datum_gpu(net, X, y);
        sum += err;
    }
    free(X);
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}

float train_network_data_gpu(network net, data d, int n)
{
    int batch = net.batch;
    float *X = calloc(batch*d.X.cols, sizeof(float));
    float *y = calloc(batch*d.y.cols, sizeof(float));

    int i;
    float sum = 0;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        get_next_batch(d, batch, i*batch, X, y);
        float err = train_network_datum_gpu(net, X, y);
        sum += err;
    }
    free(X);
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}
#endif


float train_network_datum(network net, float *x, float *y)
@@ -477,6 +269,7 @@
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}

float train_network_batch(network net, data d, int n)
{
    int i,j;
@@ -496,6 +289,23 @@
    return (float)sum/(n*batch);
}

float train_network_data_cpu(network net, data d, int n)
{
    int batch = net.batch;
    float *X = calloc(batch*d.X.cols, sizeof(float));
    float *y = calloc(batch*d.y.cols, sizeof(float));

    int i;
    float sum = 0;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        get_next_batch(d, batch, i*batch, X, y);
        float err = train_network_datum(net, X, y);
        sum += err;
    }
    free(X);
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}

void train_network(network net, data d)
{
@@ -687,6 +497,7 @@
    }
}


float *network_predict(network net, float *input)
{
    forward_network(net, input, 0, 0);
@@ -724,7 +535,7 @@
    int i,j,b;
    int k = get_network_output_size(net);
    matrix pred = make_matrix(test.X.rows, k);
    float *X = calloc(net.batch*test.X.rows, sizeof(float));
    float *X = calloc(net.batch*test.X.cols, sizeof(float));
    for(i = 0; i < test.X.rows; i += net.batch){
        for(b = 0; b < net.batch; ++b){
            if(i+b == test.X.rows) break;

 src/network.h

@@ -43,6 +43,8 @@
cl_mem get_network_delta_cl_layer(network net, int i);
float train_network_sgd_gpu(network net, data d, int n);
float train_network_data_gpu(network net, data d, int n);
float *network_predict_gpu(network net, float *input);
float network_accuracy_gpu(network net, data d);
#endif

network make_network(int n, int batch);
@@ -51,6 +53,7 @@
void update_network(network net);
float train_network_sgd(network net, data d, int n);
float train_network_batch(network net, data d, int n);
float train_network_data_cpu(network net, data d, int n);
void train_network(network net, data d);
matrix network_predict_data(network net, data test);
float *network_predict(network net, float *input);

 src/network_gpu.c

New file
@@ -0,0 +1,297 @@
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#include "network.h"
#include "image.h"
#include "data.h"
#include "utils.h"

#include "crop_layer.h"
#include "connected_layer.h"
#include "convolutional_layer.h"
#include "maxpool_layer.h"
#include "cost_layer.h"
#include "normalization_layer.h"
#include "freeweight_layer.h"
#include "softmax_layer.h"
#include "dropout_layer.h"

#ifdef GPU

void forward_network_gpu(network net, cl_mem input, cl_mem truth, int train)
{
    //printf("start\n");
    int i;
    for(i = 0; i < net.n; ++i){
        //clock_t time = clock();
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            forward_convolutional_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == COST){
            cost_layer layer = *(cost_layer *)net.layers[i];
            forward_cost_layer_gpu(layer, input, truth);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            forward_connected_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == MAXPOOL){
            maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
            forward_maxpool_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        else if(net.types[i] == SOFTMAX){
            softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
            forward_softmax_layer_gpu(layer, input);
            input = layer.output_cl;
        }
        //printf("%d %f\n", i, sec(clock()-time));
        /*
           else if(net.types[i] == CROP){
           crop_layer layer = *(crop_layer *)net.layers[i];
           forward_crop_layer(layer, input);
           input = layer.output;
           }
           else if(net.types[i] == NORMALIZATION){
           normalization_layer layer = *(normalization_layer *)net.layers[i];
           forward_normalization_layer(layer, input);
           input = layer.output;
           }
         */
    }
}

void backward_network_gpu(network net, cl_mem input)
{
    int i;
    cl_mem prev_input;
    cl_mem prev_delta;
    for(i = net.n-1; i >= 0; --i){
        //clock_t time = clock();
        if(i == 0){
            prev_input = input;
            prev_delta = 0;
        }else{
            prev_input = get_network_output_cl_layer(net, i-1);
            prev_delta = get_network_delta_cl_layer(net, i-1);
        }
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            backward_convolutional_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == COST){
            cost_layer layer = *(cost_layer *)net.layers[i];
            backward_cost_layer_gpu(layer, prev_input, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            backward_connected_layer_gpu(layer, prev_input, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == MAXPOOL){
            maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
            backward_maxpool_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        else if(net.types[i] == SOFTMAX){
            softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
            backward_softmax_layer_gpu(layer, prev_delta);
        }
        //printf("back: %d %f\n", i, sec(clock()-time));
    }
}

void update_network_gpu(network net)
{
    int i;
    for(i = 0; i < net.n; ++i){
        if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
            convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
            update_convolutional_layer_gpu(layer);
        }
        else if(net.types[i] == CONNECTED){
            connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
            update_connected_layer_gpu(layer);
        }
    }
}

cl_mem get_network_output_cl_layer(network net, int i)
{
    if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
        convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == CONNECTED){
        connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == MAXPOOL){
        maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    else if(net.types[i] == SOFTMAX){
        softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
        return layer.output_cl;
    }
    return 0;
}

cl_mem get_network_delta_cl_layer(network net, int i)
{
    if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
        convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == CONNECTED){
        connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == MAXPOOL){
        maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    else if(net.types[i] == SOFTMAX){
        softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
        return layer.delta_cl;
    }
    return 0;
}

float train_network_datum_gpu(network net, float *x, float *y)
{
    int x_size = get_network_input_size(net)*net.batch;
    int y_size = get_network_output_size(net)*net.batch;
    //clock_t time = clock();
    if(!*net.input_cl){
        *net.input_cl = cl_make_array(x, x_size);
        *net.truth_cl = cl_make_array(y, y_size);
    }else{
        cl_write_array(*net.input_cl, x, x_size);
        cl_write_array(*net.truth_cl, y, y_size);
    }
    //printf("trans %f\n", sec(clock()-time));
    //time = clock();
    forward_network_gpu(net, *net.input_cl, *net.truth_cl, 1);
    //printf("forw %f\n", sec(clock()-time));
    //time = clock();
    backward_network_gpu(net, *net.input_cl);
    //printf("back %f\n", sec(clock()-time));
    //time = clock();
    update_network_gpu(net);
    float error = get_network_cost(net);
    //printf("updt %f\n", sec(clock()-time));
    //time = clock();
    return error;
}

float train_network_sgd_gpu(network net, data d, int n)
{
    int batch = net.batch;
    float *X = calloc(batch*d.X.cols, sizeof(float));
    float *y = calloc(batch*d.y.cols, sizeof(float));

    int i;
    float sum = 0;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        get_random_batch(d, batch, X, y);
        float err = train_network_datum_gpu(net, X, y);
        sum += err;
    }
    free(X);
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}

float train_network_data_gpu(network net, data d, int n)
{
    int batch = net.batch;
    float *X = calloc(batch*d.X.cols, sizeof(float));
    float *y = calloc(batch*d.y.cols, sizeof(float));

    int i;
    float sum = 0;
    for(i = 0; i < n; ++i){
        get_next_batch(d, batch, i*batch, X, y);
        float err = train_network_datum_gpu(net, X, y);
        sum += err;
    }
    free(X);
    free(y);
    return (float)sum/(n*batch);
}

float *get_network_output_layer_gpu(network net, int i)
{
    if(net.types[i] == CONVOLUTIONAL){
        convolutional_layer layer = *(convolutional_layer *)net.layers[i];
        return layer.output;
    }
    else if(net.types[i] == CONNECTED){
        connected_layer layer = *(connected_layer *)net.layers[i];
        return layer.output;
    }
    else if(net.types[i] == MAXPOOL){
        maxpool_layer layer = *(maxpool_layer *)net.layers[i];
        return layer.output;
    }
    else if(net.types[i] == SOFTMAX){
        softmax_layer layer = *(softmax_layer *)net.layers[i];
        pull_softmax_layer_output(layer);
        return layer.output;
    }
    return 0;
}

float *get_network_output_gpu(network net)
{
    int i;
    for(i = net.n-1; i > 0; --i) if(net.types[i] != COST) break;
    return get_network_output_layer_gpu(net, i);
}

float *network_predict_gpu(network net, float *input)
{
    
    int size = get_network_input_size(net) * net.batch;
    cl_mem input_cl = cl_make_array(input, size);
    forward_network_gpu(net, input_cl, 0, 0);
    float *out = get_network_output_gpu(net);
    clReleaseMemObject(input_cl);
    return out;
}

matrix network_predict_data_gpu(network net, data test)
{
    int i,j,b;
    int k = get_network_output_size(net);
    matrix pred = make_matrix(test.X.rows, k);
    float *X = calloc(net.batch*test.X.cols, sizeof(float));
    for(i = 0; i < test.X.rows; i += net.batch){
        for(b = 0; b < net.batch; ++b){
            if(i+b == test.X.rows) break;
            memcpy(X+b*test.X.cols, test.X.vals[i+b], test.X.cols*sizeof(float));
        }
        float *out = network_predict_gpu(net, X);
        for(b = 0; b < net.batch; ++b){
            if(i+b == test.X.rows) break;
            for(j = 0; j < k; ++j){
                pred.vals[i+b][j] = out[j+b*k];
            }
        }
    }
    free(X);
    return pred;   
}
float network_accuracy_gpu(network net, data d)
{
    matrix guess = network_predict_data_gpu(net, d);
    float acc = matrix_accuracy(d.y, guess);
    free_matrix(guess);
    return acc;
}



#endif

 src/opencl.c

@@ -4,7 +4,10 @@
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
//#include <clBLAS.h>

#ifdef CLBLAS
#include <clBLAS.h>
#endif

#include "opencl.h"
#include "utils.h"
@@ -81,7 +84,7 @@

    }
    int index = getpid()%num_devices;
    index = 1;
    index = 0;
    printf("%d rand, %d devices, %d index\n", getpid(), num_devices, index);
    info.device = devices[index];
    fprintf(stderr, "Found %d device(s)\n", num_devices);
@@ -95,24 +98,14 @@
    check_error(info);
    info.queue = clCreateCommandQueue(info.context, info.device, 0, &info.error);
    check_error(info);
    for(i = 0; i < NUM_QUEUES; ++i){
        info.queues[i] = clCreateCommandQueue(info.context, info.device, 0, &info.error);
        check_error(info);
    }
    //info.error = clblasSetup();
    #ifdef CLBLAS
    info.error = clblasSetup();
    #endif
    check_error(info);
    info.initialized = 1;
    return info;
}

void wait_for_queues()
{
    int i;
    for(i = 0; i < NUM_QUEUES; ++i){
        clFinish(cl.queues[i]);
    }
}

cl_program cl_fprog(char *filename, char *options, cl_info info)
{
    size_t srcsize;

 src/opencl.h

@@ -7,7 +7,6 @@
#include <CL/cl.h>
#endif

#define NUM_QUEUES 8

typedef struct {
    int initialized;
@@ -16,13 +15,11 @@
    cl_device_id device;
    cl_context context;
    cl_command_queue queue;
    cl_command_queue queues[NUM_QUEUES];
}cl_info;

extern cl_info cl;

void cl_setup();
void wait_for_queues();
void check_error(cl_info info);
cl_kernel get_kernel(char *filename, char *kernelname, char *options);
void cl_read_array(cl_mem mem, float *x, int n);

 src/softmax_layer.c

@@ -50,6 +50,12 @@
}

#ifdef GPU

void pull_softmax_layer_output(const softmax_layer layer)
{
    cl_read_array(layer.output_cl, layer.output, layer.inputs*layer.batch);
}

cl_kernel get_softmax_forward_kernel()
{
    static int init = 0;
@@ -77,6 +83,12 @@

    clEnqueueNDRangeKernel(queue, kernel, 1, 0, global_size, 0, 0, 0, 0);
    check_error(cl);

/*
    cl_read_array(layer.output_cl, layer.output, layer.inputs*layer.batch);
    int z;
    for(z = 0; z < layer.inputs*layer.batch; ++z) printf("%f,",layer.output[z]);
    */
}

void backward_softmax_layer_gpu(const softmax_layer layer, cl_mem delta)

 src/softmax_layer.h

@@ -20,6 +20,7 @@
void backward_softmax_layer(const softmax_layer layer, float *delta);

#ifdef GPU
void pull_softmax_layer_output(const softmax_layer layer);
void forward_softmax_layer_gpu(const softmax_layer layer, cl_mem input);
void backward_softmax_layer_gpu(const softmax_layer layer, cl_mem delta);
#endif