src/caffe/net.cpp

   1 // Copyright Yangqing Jia 2013
   2
   3 #include <map>
   4 #include <set>
   5 #include <string>
   6 #include <vector>
   7
   8 #include "caffe/proto/caffe.pb.h"
   9 #include "caffe/layer_factory.hpp"
  10 #include "caffe/net.hpp"
  11
  12 using std::pair;
  13 using std::map;
  14 using std::set;
  15
  16 namespace caffe {
  17
  18 template <typename Dtype>
  19 Net<Dtype>::Net(const NetParameter& param,
  20     const vector<Blob<Dtype>* >& bottom) {
  21   // Basically, build all the layers and set up its connections.
  22   name_ = param.name();
  23   map<string, int> blob_name_to_idx;
  24   set<string> available_blobs;
  25   int num_layers = param.layers_size();
  26   CHECK_EQ(bottom.size(), param.bottom_size())
  27       << "Incorrect bottom blob size.";
  28   // set the input blobs
  29   for (int i = 0; i < param.bottom_size(); ++i) {
  30     const string& blob_name = param.bottom(i);
  31     CHECK_GT(bottom[i]->count(), 0);
  32     shared_ptr<Blob<Dtype> > blob_pointer(
  33         new Blob<Dtype>(bottom[i]->num(), bottom[i]->channels(),
  34             bottom[i]->height(), bottom[i]->width()));
  35     blobs_.push_back(blob_pointer);
  36     blob_names_.push_back(blob_name);
  37     net_input_blob_indices_.push_back(i);
  38     blob_name_to_idx[blob_name] = i;
  39     available_blobs.insert(blob_name);
  40   }
  41   // For each layer, set up their input and output
  42   bottom_vecs_.resize(param.layers_size());
  43   top_vecs_.resize(param.layers_size());
  44   bottom_id_vecs_.resize(param.layers_size());
  45   top_id_vecs_.resize(param.layers_size());
  46   for (int i = 0; i < param.layers_size(); ++i) {
  47     const LayerConnection& layer_connection = param.layers(i);
  48     const LayerParameter& layer_param = layer_connection.layer();
  49     layers_.push_back(shared_ptr<Layer<Dtype> >(GetLayer<Dtype>(layer_param)));
  50     layer_names_.push_back(layer_param.name());
  51     LOG(INFO) << "Creating Layer " << layer_param.name();
  52     // Figure out this layer's input and output
  53     for (int j = 0; j < layer_connection.bottom_size(); ++j) {
  54       const string& blob_name = layer_connection.bottom(j);
  55       if (available_blobs.find(blob_name) == available_blobs.end()) {
  56         LOG(FATAL) << "Unknown blob input " << blob_name <<
  57             " to layer" << j;
  58       }
  59       LOG(INFO) << layer_param.name() << " <- " << blob_name;
  60       bottom_vecs_[i].push_back(
  61           blobs_[blob_name_to_idx[blob_name]].get());
  62       bottom_id_vecs_[i].push_back(blob_name_to_idx[blob_name]);
  63       available_blobs.erase(blob_name);
  64     }
  65     for (int j = 0; j < layer_connection.top_size(); ++j) {
  66       const string& blob_name = layer_connection.top(j);
  67       if (blob_name_to_idx.find(blob_name) != blob_name_to_idx.end()) {
  68         LOG(FATAL) << "Duplicate blobs produced by multiple sources.";
  69       }
  70       LOG(INFO) << layer_param.name() << " -> " << blob_name;
  71       shared_ptr<Blob<Dtype> > blob_pointer(new Blob<Dtype>());
  72       blobs_.push_back(blob_pointer);
  73       blob_names_.push_back(blob_name);
  74       blob_name_to_idx[blob_name] = blob_names_.size() - 1;
  75       available_blobs.insert(blob_name);
  76       top_vecs_[i].push_back(blobs_[blob_names_.size() - 1].get());
  77       top_id_vecs_[i].push_back(blob_names_.size() - 1);
  78     }
  79   }
  80   LOG(INFO) << "Checking top blobs.";
  81   // In the end, check if all remaining available blobs are top blobs.
  82   for (int i = 0; i < param.top_size(); ++i) {
  83     const string& blob_name = param.top(i);
  84     if (blob_name_to_idx.find(blob_name) == blob_name_to_idx.end()) {
  85       LOG(FATAL) << "Unknown blob output " << blob_name;
  86     }
  87     net_output_blob_indices_.push_back(blob_name_to_idx[blob_name]);
  88     available_blobs.erase(blob_name);
  89   }
  90   if (!available_blobs.empty()) {
  91     LOG(WARNING) << "There are some internal blobs not used:";
  92     for (set<string>::iterator it = available_blobs.begin();
  93         it != available_blobs.end(); ++it) {
  94       LOG(WARNING) << "    " << *it;
  95     }
  96   }
  97
  98   LOG(INFO) << "Setting up the layers.";
  99   for (int i = 0; i < layers_.size(); ++i) {
 100     LOG(INFO) << "Setting up " << layer_names_[i];
 101     layers_[i]->SetUp(bottom_vecs_[i], &top_vecs_[i]);
 102     vector<shared_ptr<Blob<Dtype> > >& layer_params = layers_[i]->params();
 103     for (int j = 0; j < layer_params.size(); ++j) {
 104       params_.push_back(layer_params[j]);
 105     }
 106   }
 107
 108   LOG(INFO) << "Network initialization done.";
 109 }
 110
 111 template <typename Dtype>
 112 void Net<Dtype>::Forward(const vector<Blob<Dtype>*> & bottom,
 113     vector<Blob<Dtype>*>* top) {
 114   // Copy bottom to internal bottom
 115   for (int i = 0; i < bottom.size(); ++i) {
 116     blobs_[net_input_blob_indices_[i]]->CopyFrom(*bottom[i]);
 117   }
 118   for (int i = 0; i < layers_.size(); ++i) {
 119     layers_[i]->Forward(bottom_vecs_[i], &top_vecs_[i]);
 120   }
 121   // Copy internal top to top
 122   for (int i = 0; i < (*top).size(); ++i) {
 123     (*top)[i]->CopyFrom(*blobs_[net_output_blob_indices_[i]]);
 124   }
 125 }
 126
 127 template <typename Dtype>
 128 Dtype Net<Dtype>::Backward() {
 129   Dtype loss = 0;
 130   // TODO(Yangqing): figure out those layers that do not need backward.
 131   for (int i = layers_.size() - 1; i >= 0; --i) {
 132     Dtype layer_loss = layers_[i]->Backward(
 133         top_vecs_[i], true, &bottom_vecs_[i]);
 134     loss += layer_loss;
 135   }
 136   return loss;
 137 }
 138
 139 template <typename Dtype>
 140 void Net<Dtype>::CopyTrainedLayersFrom(const NetParameter& param) {
 141   int num_source_layers = param.layers_size();
 142   for (int i = 0; i < num_source_layers; ++i) {
 143     const LayerParameter& source_layer = param.layers(i).layer();
 144     const string& source_layer_name = source_layer.name();
 145     int target_layer_id = 0;
 146     while (target_layer_id != layer_names_.size() &&
 147         layer_names_[target_layer_id] != source_layer_name) {
 148       ++target_layer_id;
 149     }
 150     if (target_layer_id == layer_names_.size()) {
 151       LOG(INFO) << "Ignoring source layer " << source_layer_name;
 152       continue;
 153     }
 154     LOG(INFO) << "Loading source layer " << source_layer_name;
 155     vector<shared_ptr<Blob<Dtype> > >& target_blobs =
 156         layers_[target_layer_id]->params();
 157     CHECK_EQ(target_blobs.size(), source_layer.blobs_size())
 158         << "Incompatible number of blobs for layer " << source_layer_name;
 159     for (int j = 0; j < target_blobs.size(); ++j) {
 160       target_blobs[j]->FromProto(source_layer.blobs(j));
 161     }
 162   }
 163 }
 164
 165 template <typename Dtype>
 166 void Net<Dtype>::ToProto(NetParameter* param, bool write_diff) {
 167   param->Clear();
 168   param->set_name(name_);
 169   // Add bottom and top
 170   for (int i = 0; i < net_input_blob_indices_.size(); ++i) {
 171     param->add_bottom(blob_names_[net_input_blob_indices_[i]]);
 172   }
 173   for (int i = 0; i < net_output_blob_indices_.size(); ++i) {
 174     param->add_top(blob_names_[net_output_blob_indices_[i]]);
 175   }
 176   for (int i = 0; i < layers_.size(); ++i) {
 177     LayerConnection* layer_connection = param->add_layers();
 178     for (int j = 0; j < bottom_id_vecs_[i].size(); ++i) {
 179       layer_connection->add_bottom(blob_names_[bottom_id_vecs_[i][j]]);
 180     }
 181     for (int j = 0; j < top_id_vecs_[i].size(); ++i) {
 182       layer_connection->add_top(blob_names_[top_id_vecs_[i][j]]);
 183     }
 184     LayerParameter* layer_parameter = layer_connection->mutable_layer();
 185     layers_[i]->ToProto(layer_parameter);
 186   }
 187 }
 188
 189 template <typename Dtype>
 190 void Net<Dtype>::Update() {
 191   for (int i = 0; i < params_.size(); ++i) {
 192     params_[i]->Update();
 193   }
 194 }
 195
 196 INSTANTIATE_CLASS(Net);
 197
 198 }  // namespace caffe