3.1

1、序言

本文所讲的内容主要为以下相关函数：

操作组	操作
Data IO (Python functions)	TFRecordWrite，rtf_record_iterator
Running Graphs	Session management，Error classes

2、tf函数

2.1 数据IO {Data IO (Python functions)}

一个TFRecords 文件为一个字符串序列。这种格式并非随机获取，它比较适合大规模的数据流，而不太适合需要快速分区或其他非序列获取方式。

数据IO {Data IO (Python functions)}

操作	描述
class tf.python_io.TFRecordWriter	一个用于将记录(records)写入TFRecords文件的类
tf.python_io.TFRecordWriter.__init__(path, options=None)	打开文件路径，并创建一个TFRecordWriter以供写入
tf.python_io.TFRecordWriter.write(record)	将一个字符串records写入文件中
tf.python_io.TFRecordWriter.close()	关闭文件
tf.python_io.tf_record_iterator(path, options=None)	从TFRecords文件中读取记录的迭代器

2.2 运行图(Running Graphs)

会话管理 (Session management)

操作	描述
class tf.Session	运行TF操作的类, 一个Session对象将操作节点op封装在一定的环境内运行，同时tensor对象将被计算求值
tf.Session.__init__(target=”, graph=None, config=None)	创建一个新的会话
tf.Session.run(fetches, feed_dict=None, options=None, run_metadata=None)	运行fetches中的操作节点并求其值
tf.Session.close()	关闭会话
tf.Session.graph	返回加载值该会话的图(graph)
tf.Session.as_default()	设置该对象为默认会话，并返回一个上下文管理器
tf.Session.reset(target, containers=None, config=None)	重设target的资源容器，并关闭所有连接的会话在0.10版本该功能仅应用在分布会话中 target:为执行引擎所连接的目标，其包含有资源容器，该资源容器分布在同一个集群的所有works上
class tf.InteractiveSession	使用在交互式上下文环境的tf会话，比如shell，ipython
tf.InteractiveSession.close()	关闭一个InteractiveSession
tf.get_default_session()	返回当前线程的默认会话

tf.Session

#一个简单的tf.Session例子
# 建立一个graph.
a = tf.constant(5.0)
b = tf.constant(6.0)
c = a * b

# 将graph载入到一个会话session中
sess = tf.Session()

# 计算tensor `c`.
print(sess.run(c))

#一个会话可能会占用一些资源，比如变量、队列和读取器(reader)。释放这些不再使用的资源非常重要。
#使用close()方法关闭会话，或者使用上下文管理器，释放资源。
# 使用`close()`方法.
sess = tf.Session()
sess.run(...)
sess.close()

# 使用上下文管理器
with tf.Session() as sess:
  sess.run(...)

tf.Session()的变量设置， ConfigProto protocol buffer为会话提供了不同的配置选项。比如，创建一个会话，对设备布局使用软约束条件，以及对分布

# Launch the graph in a session that allows soft device placement and
# logs the placement decisions.
sess = tf.Session(config=tf.ConfigProto(allow_soft_placement=True,
                                        log_device_placement=True))

tf.Session.run


 a = tf.constant([10, 20])
   b = tf.constant([1.0, 2.0])
   # 'fetches' 可以为单个数
   v = session.run(a)
   # v is the numpy array [10, 20]
   # 'fetches' 可以为一个list.
   v = session.run([a, b])
   # v a Python list with 2 numpy arrays: the numpy array [10, 20] and the
   # 1-D array [1.0, 2.0]
   # 'fetches' 可以是 lists, tuples, namedtuple, dicts中的任意:
   MyData = collections.namedtuple('MyData', ['a', 'b'])
   v = session.run({'k1': MyData(a, b), 'k2': [b, a]})
   # v 为一个dict，并有
   # v['k1'] is a MyData namedtuple with 'a' the numpy array [10, 20] and
   # 'b' the numpy array [1.0, 2.0]
   # v['k2'] is a list with the numpy array [1.0, 2.0] and the numpy array
   # [10, 20].

tf.Session.as_default()
使用关键字with指定会话，可以在会话中执行Operation.run()或Tensor.eval()，以得到运行的tensor结果

c = tf.constant(..)
sess = tf.Session()

with sess.as_default():
  assert tf.get_default_session() is sess
  print(c.eval())

使用函数tf.get_default_session()来得到当前默认的会话
需要注意的是，退出该as_default上下文管理器时，并没有关闭该会话(session )，必须明确的关闭会话

c = tf.constant(...)
sess = tf.Session()
with sess.as_default():
  print(c.eval())
# ...
with sess.as_default():
  print(c.eval())
#关闭会话
sess.close()
#使用 with tf.Session()方式可以创建并自动关闭会话

tf.InteractiveSession

sess = tf.InteractiveSession()
a = tf.constant(5.0)
b = tf.constant(6.0)
c = a * b
# 我们直接使用'c.eval()' 而没有通过'sess'
print(c.eval())
sess.close()

以上的例子，在非交互会话的版本中为，

a = tf.constant(5.0)
b = tf.constant(6.0)
c = a * b
with tf.Session():
  # We can also use 'c.eval()' here.
  print(c.eval())

ABC

错误类 (Error classes)

操作	描述
class tf.OpError	一个基本的错误类型，在当TF执行失败时候报错
tf.OpError.op	返回执行失败的操作节点，有的操作如Send或Recv可能不会返回，那就要用用到node_def方法
tf.OpError.node_def	以NodeDef proto形式表示失败的op
tf.OpError.error_code	描述该错误的整数错误代码
tf.OpError.message	返回错误信息
class tf.errors.CancelledError	当操作或者阶段呗取消时候报错
class tf.errors.UnknownError	未知错误类型
class tf.errors.InvalidArgumentError	在接收到非法参数时候报错
class tf.errors.NotFoundError	当发现不存在所请求的一个实体时候，比如文件或目录
class tf.errors.AlreadyExistsError	当创建的实体已经存在的时候报错
class tf.errors.PermissionDeniedError	没有执行权限做某操作的时候报错
class tf.errors.ResourceExhaustedError	资源耗尽时报错
class tf.errors.FailedPreconditionError	系统没有条件执行某个行为时候报错
class tf.errors.AbortedError	操作中止时报错，常常发生在并发情形
class tf.errors.OutOfRangeError	超出范围报错
class tf.errors.UnimplementedError	某个操作没有执行时报错
class tf.errors.InternalError	当系统经历了一个内部错误时报出
class tf.errors.DataLossError	当出现不可恢复的错误例如在运行 tf.WholeFileReader.read()读取整个文件的同时文件被删减
tf.errors.XXXXX.__init__(node_def, op, message)	使用该形式方法创建以上各种错误类

3.2

1、序言

本文所讲的内容主要为以下列表中相关函数。函数training()通过梯度下降法为最小化损失函数增加了相关的优化操作，在训练过程中，先实例化一个优化函数，比如 tf.train.GradientDescentOptimizer，并基于一定的学习率进行梯度优化训练：

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optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate)

然后，可以设置一个用于记录全局训练步骤的单值。以及使用minimize()操作，该操作不仅可以优化更新训练的模型参数，也可以为全局步骤(global step)计数。与其他tensorflow操作类似，这些训练操作都需要在tf.session会话中进行

global_step = tf.Variable(0, name='global_step', trainable=False)
train_op = optimizer.minimize(loss, global_step=global_step)

操作组	操作
Training	Optimizers，Gradient Computation，Gradient Clipping，Distributed execution
Testing	Unit tests，Utilities，Gradient checking

2、Tensorflow函数

2.1 训练 (Training)

一个TFRecords 文件为一个字符串序列。这种格式并非随机获取，它比较适合大规模的数据流，而不太适合需要快速分区或其他非序列获取方式。

█ 优化 (Optimizers)

tf中各种优化类提供了为损失函数计算梯度的方法，其中包含比较经典的优化算法，比如GradientDescent 和Adagrad。

▶▶class tf.train.Optimizer

操作	描述
class tf.train.Optimizer	基本的优化类，该类不常常被直接调用，而较多使用其子类，比如GradientDescentOptimizer, AdagradOptimizer 或者MomentumOptimizer
tf.train.Optimizer.__init__(use_locking, name)	创建一个新的优化器，该优化器必须被其子类(subclasses)的构造函数调用
tf.train.Optimizer.minimize(loss, global_step=None, var_list=None, gate_gradients=1, aggregation_method=None, colocate_gradients_with_ops=False, name=None, grad_loss=None)	添加操作节点，用于最小化loss，并更新var_list 该函数是简单的合并了compute_gradients()与apply_gradients()函数返回为一个优化更新后的var_list，如果global_step非None，该操作还会为global_step做自增操作
tf.train.Optimizer.compute_gradients(loss,var_list=None, gate_gradients=1, aggregation_method=None, colocate_gradients_with_ops=False, grad_loss=None)	对var_list中的变量计算loss的梯度该函数为函数minimize()的第一部分，返回一个以元组(gradient, variable)组成的列表
tf.train.Optimizer.apply_gradients(grads_and_vars, global_step=None, name=None)	将计算出的梯度应用到变量上，是函数minimize()的第二部分，返回一个应用指定的梯度的操作Operation，对global_step做自增操作
tf.train.Optimizer.get_name()	获取名称

▷ class tf.train.Optimizer
用法

# Create an optimizer with the desired parameters.
opt = GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.1)
# Add Ops to the graph to minimize a cost by updating a list of variables.
# "cost" is a Tensor, and the list of variables contains tf.Variable objects.
opt_op = opt.minimize(cost, var_list=<list of variables>)
# Execute opt_op to do one step of training:
opt_op.run()

▶▶在使用它们之前处理梯度
使用minimize()操作，该操作不仅可以计算出梯度，而且还可以将梯度作用在变量上。如果想在使用它们之前处理梯度，可以按照以下三步骤使用optimizer ：

1、使用函数compute_gradients()计算梯度
2、按照自己的愿望处理梯度
3、使用函数apply_gradients()应用处理过后的梯度

例如：

# 创建一个optimizer.
opt = GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.1)

# 计算<list of variables>相关的梯度
grads_and_vars = opt.compute_gradients(loss, <list of variables>)

# grads_and_vars为tuples (gradient, variable)组成的列表。
#对梯度进行想要的处理，比如cap处理
capped_grads_and_vars = [(MyCapper(gv[0]), gv[1]) for gv in grads_and_vars]

# 令optimizer运用capped的梯度(gradients)
opt.apply_gradients(capped_grads_and_vars)

▶▶选通梯度(Gating Gradients)
函数minimize() 与compute_gradients()都含有一个参数gate_gradient，用于控制在应用这些梯度时并行化的程度。

其值可以取：GATE_NONE, GATE_OP 或 GATE_GRAPH
GATE_NONE : 并行地计算和应用梯度。提供最大化的并行执行，但是会导致有的数据结果没有再现性。比如两个matmul操作的梯度依赖输入值，使用GATE_NONE可能会出现有一个梯度在其他梯度之前便应用到某个输入中，导致出现不可再现的(non-reproducible)结果
GATE_OP: 对于每个操作Op，确保每一个梯度在使用之前都已经计算完成。这种做法防止了那些具有多个输入，并且梯度计算依赖输入情形中，多输入Ops之间的竞争情况出现。
GATE_GRAPH: 确保所有的变量对应的所有梯度在他们任何一个被使用前计算完成。该方式具有最低级别的并行化程度，但是对于想要在应用它们任何一个之前处理完所有的梯度计算时很有帮助的。

█ Slots

一些optimizer的之类，比如 MomentumOptimizer 和 AdagradOptimizer 分配和管理着额外的用于训练的变量。这些变量称之为’Slots’，Slots有相应的名称，可以向optimizer访问的slots名称。有助于在log debug一个训练算法以及报告slots状态

操作	描述
tf.train.Optimizer.get_slot_names()	返回一个由Optimizer所创建的slots的名称列表
tf.train.Optimizer.get_slot(var, name)	返回一个name所对应的slot，name是由Optimizer为var所创建 var为用于传入 minimize() 或 apply_gradients()的变量
class tf.train.GradientDescentOptimizer	使用梯度下降算法的Optimizer
tf.train.GradientDescentOptimizer.__init__(learning_rate, use_locking=False, name=’GradientDescent’)	构建一个新的梯度下降优化器(Optimizer)
class tf.train.AdadeltaOptimizer	使用Adadelta算法的Optimizer
tf.train.AdadeltaOptimizer.__init__(learning_rate=0.001, rho=0.95, epsilon=1e-08, use_locking=False, name=’Adadelta’)	创建Adadelta优化器
class tf.train.AdagradOptimizer	使用Adagrad算法的Optimizer
tf.train.AdagradOptimizer.__init__(learning_rate, initial_accumulator_value=0.1, use_locking=False, name=’Adagrad’)	创建Adagrad优化器
class tf.train.MomentumOptimizer	使用Momentum算法的Optimizer
tf.train.MomentumOptimizer.__init__(learning_rate, momentum, use_locking=False, name=’Momentum’, use_nesterov=False)	创建momentum优化器 momentum：动量，一个tensor或者浮点值
class tf.train.AdamOptimizer	使用Adam 算法的Optimizer
tf.train.AdamOptimizer.__init__(learning_rate=0.001, beta1=0.9, beta2=0.999, epsilon=1e-08, use_locking=False, name=’Adam’)	创建Adam优化器
class tf.train.FtrlOptimizer	使用FTRL 算法的Optimizer
tf.train.FtrlOptimizer.__init__(learning_rate, learning_rate_power=-0.5, initial_accumulator_value=0.1, l1_regularization_strength=0.0, l2_regularization_strength=0.0, use_locking=False, name=’Ftrl’)	创建FTRL算法优化器
class tf.train.RMSPropOptimizer	使用RMSProp算法的Optimizer
tf.train.RMSPropOptimizer.__init__(learning_rate, decay=0.9, momentum=0.0, epsilon=1e-10, use_locking=False, name=’RMSProp’)	创建RMSProp算法优化器

▷ tf.train.AdamOptimizer
Adam 的基本运行方式，首先初始化：

m_0 <- 0 (Initialize initial 1st moment vector)
v_0 <- 0 (Initialize initial 2nd moment vector)
t <- 0 (Initialize timestep)

在论文中的 section2 的末尾所描述了更新规则，该规则使用梯度g来更新变量：

t <- t + 1
lr_t <- learning_rate * sqrt(1 - beta2^t) / (1 - beta1^t)

m_t <- beta1 * m_{t-1} + (1 - beta1) * g
v_t <- beta2 * v_{t-1} + (1 - beta2) * g * g
variable <- variable - lr_t * m_t / (sqrt(v_t) + epsilon)

其中epsilon 的默认值1e-8可能对于大多数情况都不是一个合适的值。例如，当在ImageNet上训练一个 Inception network时比较好的选择为1.0或者0.1。
需要注意的是，在稠密数据中即便g为0时， m_t, v_t 以及variable都将会更新。而在稀疏数据中，m_t, v_t 以及variable不被更新且值为零。

█ 梯度计算与截断(Gradient Computation and Clipping)

TensorFlow 提供了计算给定tf计算图的求导函数，并在图的基础上增加节点。优化器(optimizer )类可以自动的计算网络图的导数，但是优化器中的创建器(creators )或者专业的人员可以通过本节所述的函数调用更底层的方法。

操作	描述
tf.gradients(ys, xs, grad_ys=None, name=’gradients’, colocate_gradients_with_ops=False, gate_gradients=False, aggregation_method=None)	构建一个符号函数，计算ys关于xs中x的偏导的和，返回xs中每个x对应的sum(dy/dx)
tf.stop_gradient(input, name=None)	停止计算梯度，在EM算法、Boltzmann机等可能会使用到
tf.clip_by_value(t, clip_value_min, clip_value_max, name=None)	基于定义的min与max对tesor数据进行截断操作，目的是为了应对梯度爆发或者梯度消失的情况
tf.clip_by_norm(t, clip_norm, axes=None, name=None)	使用L2范式标准化tensor最大值为clip_norm 返回 t * clip_norm / l2norm(t)
tf.clip_by_average_norm(t, clip_norm, name=None)	使用平均L2范式规范tensor数据t，并以clip_norm为最大值返回 t * clip_norm / l2norm_avg(t)
tf.clip_by_global_norm(t_list, clip_norm, use_norm=None, name=None)	返回t_list[i] * clip_norm / max(global_norm, clip_norm) 其中global_norm = sqrt(sum([l2norm(t)**2 for t in t_list]))
tf.global_norm(t_list, name=None)	返回global_norm = sqrt(sum([l2norm(t)**2 for t in t_list]))

█ 退化学习率(Decaying the learning rate)

操作	描述
tf.train.exponential_decay(learning_rate, global_step, decay_steps, decay_rate, staircase=False, name=None)	对学习率进行指数衰退

▷ tf.train.exponential_decay

#该函数返回以下结果
decayed_learning_rate = learning_rate *
         decay_rate ^ (global_step / decay_steps)
##例： 以0.96为基数，每100000 步进行一次学习率的衰退
global_step = tf.Variable(0, trainable=False)
starter_learning_rate = 0.1
learning_rate = tf.train.exponential_decay(starter_learning_rate, global_step,
                                           100000, 0.96, staircase=True)
# Passing global_step to minimize() will increment it at each step.
learning_step = (
    tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate)
    .minimize(...my loss..., global_step=global_step)
)

█ 移动平均(Moving Averages)

一些训练优化算法，比如GradientDescent 和Momentum 在优化过程中便可以使用到移动平均方法。使用移动平均常常可以较明显地改善结果。

操作	描述
class tf.train.ExponentialMovingAverage	将指数衰退加入到移动平均中
tf.train.ExponentialMovingAverage.apply(var_list=None)	对var_list变量保持移动平均
tf.train.ExponentialMovingAverage.average_name(var)	返回var均值的变量名称
tf.train.ExponentialMovingAverage.average(var)	返回var均值变量
tf.train.ExponentialMovingAverage.variables_to_restore(moving_avg_variables=None)	返回用于保存的变量名称的映射

▷ tf.train.ExponentialMovingAverage

# Example usage when creating a training model:
# Create variables.
var0 = tf.Variable(...)
var1 = tf.Variable(...)
# ... use the variables to build a training model...
...
# Create an op that applies the optimizer.  This is what we usually
# would use as a training op.
opt_op = opt.minimize(my_loss, [var0, var1])

# Create an ExponentialMovingAverage object
ema = tf.train.ExponentialMovingAverage(decay=0.9999)

# Create the shadow variables, and add ops to maintain moving averages
# of var0 and var1.
maintain_averages_op = ema.apply([var0, var1])

# Create an op that will update the moving averages after each training
# step.  This is what we will use in place of the usual training op.
with tf.control_dependencies([opt_op]):
    training_op = tf.group(maintain_averages_op)

...train the model by running training_op...

#Example of restoring the shadow variable values:
# Create a Saver that loads variables from their saved shadow values.
shadow_var0_name = ema.average_name(var0)
shadow_var1_name = ema.average_name(var1)
saver = tf.train.Saver({shadow_var0_name: var0, shadow_var1_name: var1})
saver.restore(...checkpoint filename...)
# var0 and var1 now hold the moving average values

▷ tf.train.ExponentialMovingAverage.variables_to_restore


  variables_to_restore = ema.variables_to_restore()
  saver = tf.train.Saver(variables_to_restore)

█ 协调器和队列运行器(Coordinator and QueueRunner)

查看queue中，queue相关的内容，了解tensorflow中队列的运行方式。

操作	描述
class tf.train.Coordinator	线程的协调器
tf.train.Coordinator.clear_stop()	清除停止标记
tf.train.Coordinator.join(threads=None, stop_grace_period_secs=120)	等待线程终止 threads:一个threading.Threads的列表，启动的线程，将额外加入到registered的线程中
tf.train.Coordinator.register_thread(thread)	Register一个用于join的线程
tf.train.Coordinator.request_stop(ex=None)	请求线程结束
tf.train.Coordinator.should_stop()	检查是否被请求停止
tf.train.Coordinator.stop_on_exception()	上下文管理器，当一个例外出现时请求停止
tf.train.Coordinator.wait_for_stop(timeout=None)	等待Coordinator提示停止进程
class tf.train.QueueRunner	持有一个队列的入列操作列表，用于线程中运行 queue:一个队列 enqueue_ops: 用于线程中运行的入列操作列表
tf.train.QueueRunner.create_threads(sess, coord=None, daemon=False, start=False)	创建运行入列操作的线程，返回一个线程列表
tf.train.QueueRunner.from_proto(queue_runner_def)	返回由queue_runner_def创建的QueueRunner对象
tf.train.add_queue_runner(qr, collection=’queue_runners’)	增加一个QueueRunner到graph的收集器(collection )中
tf.train.start_queue_runners(sess=None, coord=None, daemon=True, start=True, collection=’queue_runners’)	启动所有graph收集到的队列运行器(queue runners)

▷ class tf.train.Coordinator

#Coordinator的使用，用于多线程的协调
try:
  ...
  coord = Coordinator()
  # Start a number of threads, passing the coordinator to each of them.
  ...start thread 1...(coord, ...)
  ...start thread N...(coord, ...)
  # Wait for all the threads to terminate, give them 10s grace period
  coord.join(threads, stop_grace_period_secs=10)
except RuntimeException:
  ...one of the threads took more than 10s to stop after request_stop()
  ...was called.
except Exception:
  ...exception that was passed to coord.request_stop()

▷ tf.train.Coordinator.stop_on_exception()

with coord.stop_on_exception():
  # Any exception raised in the body of the with
  # clause is reported to the coordinator before terminating
  # the execution of the body.
  ...body...
#等价于
try:
  ...body...
exception Exception as ex:
  coord.request_stop(ex)

█ 布执行(Distributed execution)

可以阅读TensorFlow的分布式学习框架简介查看更多tensorflow分布式细节。

操作	描述
class tf.train.Server	一个进程内的tensorflow服务，用于分布式训练
tf.train.Server.init(server_or_cluster_def, job_name=None, task_index=None, protocol=None, config=None, start=True)	创建一个新的服务，其中job_name, task_index, 和protocol为可选参数，优先级高于server_or_cluster_def中相关信息 server_or_cluster_def : 为一个tf.train.ServerDef 或 tf.train.ClusterDef 协议(protocol)的buffer，或者一个tf.train.ClusterSpec对象
tf.train.Server.create_local_server(config=None, start=True)	创建一个新的运行在本地主机的单进程集群
tf.train.Server.target	返回tf.Session所连接的目标服务器
tf.train.Server.server_def	返回该服务的tf.train.ServerDef
tf.train.Server.start()	开启服务
tf.train.Server.join()	阻塞直到服务已经关闭

#
class tf.train.Supervisor	一个训练辅助器，用于checkpoints模型以及计算的summaries。该监视器只是一个小的外壳(wrapper),用于Coordinator, a Saver, 和a SessionManager周围
tf.train.Supervisor.__init__(graph=None, ready_op=0, is_chief=True, init_op=0, init_feed_dict=None, local_init_op=0, logdir=None, summary_op=0, saver=0, global_step=0, save_summaries_secs=120, save_model_secs=600, recovery_wait_secs=30, stop_grace_secs=120, checkpoint_basename=’model.ckpt’, session_manager=None, summary_writer=0, init_fn=None)	创建一个监视器Supervisor
tf.train.Supervisor.managed_session(master=”, config=None, start_standard_services=True, close_summary_writer=True)	返回一个管路session的上下文管理器
tf.train.Supervisor.prepare_or_wait_for_session(master=”, config=None, wait_for_checkpoint=False, max_wait_secs=7200, start_standard_services=True)	确保model已经准备好
tf.train.Supervisor.start_standard_services(sess)	为sess启动一个标准的服务
tf.train.Supervisor.start_queue_runners(sess, queue_runners=None)	为QueueRunners启动一个线程，queue_runners为一个QueueRunners列表
tf.train.Supervisor.summary_computed(sess, summary, global_step=None)	指示计算的summary
tf.train.Supervisor.stop(threads=None, close_summary_writer=True)	停止服务以及协调器(coordinator),并没有关闭session
tf.train.Supervisor.request_stop(ex=None)	参考Coordinator.request_stop()
tf.train.Supervisor.should_stop()	参考Coordinator.should_stop()
tf.train.Supervisor.stop_on_exception()	参考 Coordinator.stop_on_exception()
tf.train.Supervisor.Loop(timer_interval_secs, target, args=None, kwargs=None)	开启一个循环器线程用于调用一个函数每经过timer_interval_secs秒执行，target(args, *kwargs)
tf.train.Supervisor.coord	返回监督器(Supervisor)使用的协调器(Coordinator )

#
class tf.train.SessionManager	训练的辅助器，用于从checkpoint恢复数据以及创建一个session
tf.train.SessionManager.__init__(local_init_op=None, ready_op=None, graph=None, recovery_wait_secs=30)	创建一个SessionManager
tf.train.SessionManager.prepare_session(master, init_op=None, saver=None, checkpoint_dir=None, wait_for_checkpoint=False, max_wait_secs=7200, config=None, init_feed_dict=None, init_fn=None)	创建一个session，并确保model可以被使用
tf.train.SessionManager.recover_session(master, saver=None, checkpoint_dir=None, wait_for_checkpoint=False, max_wait_secs=7200, config=None)	创建一个session，如果可以的话，使用恢复方法创建
tf.train.SessionManager.wait_for_session(master, config=None, max_wait_secs=inf)	创建一个session，并等待model准备完成

#
class tf.train.ClusterSpec	将一个集群表示为一系列“tasks”，并整合至“jobs”中
tf.train.ClusterSpec.as_cluster_def()	返回该cluster中一个tf.train.ClusterDef协议的buffer
tf.train.ClusterSpec.as_dict()	返回一个字典，由job名称对应于网络地址
tf.train.ClusterSpec.job_tasks(job_name)	返回一个给定的job对应的task列表
tf.train.ClusterSpec.jobs	返回该cluster的job名称列表
tf.train.replica_device_setter(ps_tasks=0, ps_device=’/job:ps’, worker_device=’/job:worker’, merge_devices=True, cluster=None, ps_ops=None)	返回一个设备函数(device function)，以在建立一个副本graph的时候使用，设备函数(device function)用在with tf.device(device_function)中

▷ tf.train.Server

server = tf.train.Server(...)
with tf.Session(server.target):
  # ...

▷ tf.train.Supervisor
相关参数：
ready_op : 一维字符串 tensor。该tensor是用过监视器在prepare_or_wait_for_session()计算，检查model是否准备好可以使用。如果准备好，将返回一个空阵列，如果为None，该model没有被检查。
is_chief : 如果为True，创建一个主监视器用于负责初始化与模型的恢复，若为False，则依赖主监视器。
init_op : 一个操作，用于模型不能恢复时的初始化操作。默认初始化所有操作
local_init_op : 可被所有监视器运行的初始化操作。
logdir : 设置log目录
summary_op : 一个操作(Operation )，返回Summary 和事件logs，需要设置 logdir
saver : 一个Saver对象
save_summaries_secs : 保存summaries的间隔秒数
save_model_secs : 保存model的间隔秒数
checkpoint_basename : checkpoint保存的基本名称

使用在单进程中

with tf.Graph().as_default():
  ...add operations to the graph...
  # Create a Supervisor that will checkpoint the model in '/tmp/mydir'.
  sv = Supervisor(logdir='/tmp/mydir')
  # Get a TensorFlow session managed by the supervisor.
  with sv.managed_session(FLAGS.master) as sess:
    # Use the session to train the graph.
    while not sv.should_stop():
      sess.run(<my_train_op>)
# 在上下文管理器with sv.managed_session()内，所有在graph的变量都被初始化。
# 或者说，一些服务器checkpoint相应模型并增加summaries至事件log中。
# 如果有例外发生，should_stop()将返回True

使用在多副本运行情况中
要使用副本训练已经部署在集群上的相同程序，必须指定其中一个task为主要，该task处理 initialization, checkpoints, summaries, 和recovery相关事物。其他task依赖该task。

# Choose a task as the chief. This could be based on server_def.task_index,
# or job_def.name, or job_def.tasks. It's entirely up to the end user.
# But there can be only one *chief*.
is_chief = (server_def.task_index == 0)
server = tf.train.Server(server_def)

with tf.Graph().as_default():
  ...add operations to the graph...
  # Create a Supervisor that uses log directory on a shared file system.
  # Indicate if you are the 'chief'
  sv = Supervisor(logdir='/shared_directory/...', is_chief=is_chief)
  # Get a Session in a TensorFlow server on the cluster.
  with sv.managed_session(server.target) as sess:
    # Use the session to train the graph.
    while not sv.should_stop():
      sess.run(<my_train_op>)

如果有task崩溃或重启，managed_session() 将检查是否Model被初始化。如果已经初始化，它只需要创建一个session并将其返回至正在训练的正常代码中。如果model需要被初始化，主task将对它进行重新初始化，而其他task将等待模型初始化完成。
注意：该程序方法一样适用于单进程的work，该单进程标注自己为主要的便行

▷ supervisor中master的字符串形式
无论运行在本机或者集群上，都可以使用以下值设定master flag：

定义为 ” ，要求一个进程内且没有使用RPC的session
定义为 ‘local’，要求一个使用基于RPC的主服务接口(“Master interface” )的session来运行tensorflow程序。更多细节可以查看 tf.train.Server.create_local_server()相关内容。
定义为 ‘grpc://hostname:port’，要求一个指定的RPC接口的session，同时运行内部进程的master接入远程的tensorflow workers。可用server.target返回该形式

▷ supervisor高级用法

启动额外的服务
managed_session()启动了 Checkpoint 和Summary服务。如果需要运行更多的服务，可以在managed_session()控制的模块中启动他们。

#例如： 开启一个线程用于打印loss. 设置每60秒该线程运行一次，我们使用sv.loop()
 ...
  sv = Supervisor(logdir='/tmp/mydir')
  with sv.managed_session(FLAGS.master) as sess:
    sv.loop(60, print_loss, (sess))
    while not sv.should_stop():
      sess.run(my_train_op)

启动更少的的服务
managed_session() 启动了 “summary” 和 “checkpoint” 线程，这些线程通过构建器或者监督器默认自动创建了summary_op 和saver操作。如果想运行自己的 summary 和checkpointing方法，关闭这些服务，通过传递None值给summary_op 和saver参数。

在chief中每100个step，创建summaries
  # Create a Supervisor with no automatic summaries.
  sv = Supervisor(logdir='/tmp/mydir', is_chief=is_chief, summary_op=None)
  # As summary_op was None, managed_session() does not start the
  # summary thread.
  with sv.managed_session(FLAGS.master) as sess:
    for step in xrange(1000000):
      if sv.should_stop():
        break
      if is_chief and step % 100 == 0:
        # Create the summary every 100 chief steps.
        sv.summary_computed(sess, sess.run(my_summary_op))
      else:
        # Train normally
        sess.run(my_train_op)

▷ tf.train.Supervisor.managed_session

def train():
  sv = tf.train.Supervisor(...)
  with sv.managed_session(<master>) as sess:
    for step in xrange(..):
      if sv.should_stop():
        break
      sess.run(<my training op>)
      ...do other things needed at each training step...

▷ tf.train.SessionManager

with tf.Graph().as_default():
   ...add operations to the graph...
  # Create a SessionManager that will checkpoint the model in '/tmp/mydir'.
  sm = SessionManager()
  sess = sm.prepare_session(master, init_op, saver, checkpoint_dir)
  # Use the session to train the graph.
  while True:
    sess.run(<my_train_op>)
#其中prepare_session()初始化和恢复一个模型参数。 

#另一个进程将等待model准备完成，代码如下
with tf.Graph().as_default():
  ...add operations to the graph...
  # Create a SessionManager that will wait for the model to become ready.
  sm = SessionManager()
  sess = sm.wait_for_session(master)
  # Use the session to train the graph.
  while True:
    sess.run(<my_train_op>)
#wait_for_session()等待一个model被其他进程初始化

▷ tf.train.ClusterSpec
一个tf.train.ClusterSpec表示一系列的进程，这些进程都参与分布式tensorflow的计算。每一个 tf.train.Server都在一个独有的集群中构建。
创建一个具有两个jobs及其5个tasks的集群们需要定义从job名称列表到网络地址列表之间的映射。

cluster = tf.train.ClusterSpec({"worker": ["worker0.example.com:2222",
                                           "worker1.example.com:2222",
                                           "worker2.example.com:2222"],
                                "ps": ["ps0.example.com:2222",
                                       "ps1.example.com:2222"]})

▷ tf.train.replica_device_setter

# To build a cluster with two ps jobs on hosts ps0 and ps1, and 3 worker
# jobs on hosts worker0, worker1 and worker2.
cluster_spec = {
    "ps": ["ps0:2222", "ps1:2222"],
    "worker": ["worker0:2222", "worker1:2222", "worker2:2222"]}
with tf.device(tf.replica_device_setter(cluster=cluster_spec)):
  # Build your graph
  v1 = tf.Variable(...)  # assigned to /job:ps/task:0
  v2 = tf.Variable(...)  # assigned to /job:ps/task:1
  v3 = tf.Variable(...)  # assigned to /job:ps/task:0
# Run compute

█ 汇总操作(Summary Operations)

我们可以在一个session中获取summary操作的输出，并将其传输到SummaryWriter以添加至一个事件记录文件中。

操作	描述
tf.scalar_summary(tags, values, collections=None, name=None)	输出一个标量值的summary协议buffer tag的shape需要与values的相同，用来做summaries的tags，为字符串
tf.image_summary(tag, tensor, max_images=3, collections=None, name=None)	输出一个图像tensor的summary协议buffer
tf.audio_summary(tag, tensor, sample_rate, max_outputs=3, collections=None, name=None)	输出一个音频tensor的summary协议buffer
tf.histogram_summary(tag, values, collections=None, name=None)	输出一个直方图的summary协议buffer
tf.nn.zero_fraction(value, name=None)	返回0在value中的小数比例
tf.merge_summary(inputs, collections=None, name=None)	合并summary
tf.merge_all_summaries(key=’summaries’)	合并在默认graph中手机的summaries

▶▶将记录汇总写入文件中(Adding Summaries to Event Files)

操作	描述
class tf.train.SummaryWriter	将summary协议buffer写入事件文件中
tf.train.SummaryWriter.__init__(logdir, graph=None, max_queue=10, flush_secs=120, graph_def=None)	创建一个SummaryWriter实例以及新建一个事件文件
tf.train.SummaryWriter.add_summary(summary, global_step=None)	将一个summary添加到事件文件中
tf.train.SummaryWriter.add_session_log(session_log, global_step=None)	添加SessionLog到一个事件文件中
tf.train.SummaryWriter.add_event(event)	添加一个事件到事件文件中
tf.train.SummaryWriter.add_graph(graph, global_step=None, graph_def=None)	添加一个Graph到时间文件中
tf.train.SummaryWriter.add_run_metadata(run_metadata, tag, global_step=None)	为一个单一的session.run()调用添加一个元数据信息
tf.train.SummaryWriter.flush()	刷新时间文件到硬盘中
tf.train.SummaryWriter.close()	将事件问价写入硬盘中并关闭该文件
tf.train.summary_iterator(path)	一个用于从时间文件中读取时间协议buffer的迭代器

▷ tf.train.SummaryWriter
创建一个SummaryWriter 和事件文件。如果我们传递一个Graph进入该构建器中，它将被添加到事件文件当中，这一点与使用add_graph()具有相同功能。
TensorBoard 将从事件文件中提取该graph，并将其显示。所以我们能直观地看到我们建立的graph。我们通常从我们启动的session中传递graph：


...create a graph...
# Launch the graph in a session.
sess = tf.Session()
# Create a summary writer, add the 'graph' to the event file.
writer = tf.train.SummaryWriter(<some-directory>, sess.graph)

▷ tf.train.summary_iterator

#打印时间文件中的内容
for e in tf.train.summary_iterator(path to events file):
    print(e)

#打印指定的summary值
# This example supposes that the events file contains summaries with a
# summary value tag 'loss'.  These could have been added by calling
# `add_summary()`, passing the output of a scalar summary op created with
# with: `tf.scalar_summary(['loss'], loss_tensor)`.
for e in tf.train.summary_iterator(path to events file):
    for v in e.summary.value:
        if v.tag == 'loss':
            print(v.simple_value)

█ 训练的通用函数及其他(Training utilities)

操作	描述
tf.train.global_step(sess, global_step_tensor)	一个用于获取全局step的小辅助器
tf.train.write_graph(graph_def, logdir, name, as_text=True)	将一个graph proto写入一个文件中
#
	:—
class tf.train.LooperThread	可重复地执行代码的线程
tf.train.LooperThread.init(coord, timer_interval_secs, target=None, args=None, kwargs=None)	创建一个LooperThread
tf.train.LooperThread.is_alive()	返回是否该线程是活跃的
tf.train.LooperThread.join(timeout=None)	等待线程结束
tf.train.LooperThread.loop(coord, timer_interval_secs, target, args=None, kwargs=None)	启动一个LooperThread，用于周期地调用某个函数调用函数target(args)
tf.py_func(func, inp, Tout, stateful=True, name=None)	将python函数包装成tf中操作节点

▷ tf.train.global_step

# Creates a variable to hold the global_step.
global_step_tensor = tf.Variable(10, trainable=False, name='global_step')
# Creates a session.
sess = tf.Session()
# Initializes the variable.
sess.run(global_step_tensor.initializer)
print('global_step: %s' % tf.train.global_step(sess, global_step_tensor))

global_step: 10

▷ tf.train.write_graph

v = tf.Variable(0, name='my_variable')
sess = tf.Session()
tf.train.write_graph(sess.graph_def, '/tmp/my-model', 'train.pbtxt')

▷ tf.py_func

#tf.py_func(func, inp, Tout, stateful=True, name=None)
#func：为一个python函数
#inp：为输入函数的参数，Tensor列表
#Tout： 指定func返回的输出的数据类型，是一个列表
def my_func(x):
  # x will be a numpy array with the contents of the placeholder below
  return np.sinh(x)
inp = tf.placeholder(tf.float32, [...])
y = py_func(my_func, [inp], [tf.float32])

2.2 测试 (Testing)

TensorFlow 提供了一个方便的继承unittest.TestCase类的方法，该类增加有关TensorFlow 测试的方法。如下例子：

import tensorflow as tf


class SquareTest(tf.test.TestCase):

  def testSquare(self):
    with self.test_session():
      x = tf.square([2, 3])
      self.assertAllEqual(x.eval(), [4, 9])


if __name__ == '__main__':
  tf.test.main()

█ 共用(Utilities)

操作	描述
tf.test.main()	运行所有的单元测试
tf.test.assert_equal_graph_def(actual, expected)	断言两个GraphDefs 是否几乎一样
tf.test.get_temp_dir()	返回测试期间使用的临时目录
tf.test.is_built_with_cuda()	返回是否Tensorflow支持CUDA(GPU)的build

█ 梯度检查(Gradient checking)

可对比compute_gradient 和compute_gradient_error函数的用法

操作	描述
tf.test.compute_gradient(x, x_shape, y, y_shape, x_init_value=None, delta=0.001, init_targets=None)	计算并返回理论的和数值的Jacobian矩阵
tf.test.compute_gradient_error(x, x_shape, y, y_shape, x_init_value=None, delta=0.001, init_targets=None)	计算梯度的error。在计算所得的与数值估计的Jacobian中为dy/dx计算最大的error

Tensorflow一些常用基本概念与函数（3）

1、序言

2、tf函数

2.1 数据IO {Data IO (Python functions)}

数据IO {Data IO (Python functions)}

2.2 运行图(Running Graphs)

会话管理 (Session management)

ABC

错误类 (Error classes)

1、序言

2、Tensorflow函数

2.1 训练 (Training)

█ 优化 (Optimizers)

█ Slots

█ 梯度计算与截断(Gradient Computation and Clipping)

█ 退化学习率(Decaying the learning rate)

█ 移动平均(Moving Averages)

█ 协调器和队列运行器(Coordinator and QueueRunner)

█ 布执行(Distributed execution)

█ 汇总操作(Summary Operations)

█ 训练的通用函数及其他(Training utilities)

2.2 测试 (Testing)

█ 共用(Utilities)

█ 梯度检查(Gradient checking)

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