[Docs] Update example link
[platform/core/ml/nntrainer.git] / README.md
1 # NNtrainer
2
3 [![Code Coverage](http://nnsuite.mooo.com/nntrainer/ci/badge/codecoverage.svg)](http://nnsuite.mooo.com/nntrainer/ci/gcov_html/index.html)
4 ![GitHub repo size](https://img.shields.io/github/repo-size/nnstreamer/nntrainer)
5 ![GitHub issues](https://img.shields.io/github/issues/nnstreamer/nntrainer)
6 ![GitHub pull requests](https://img.shields.io/github/issues-pr/nnstreamer/nntrainer)
7
8 NNtrainer is Software Framework for Training Neural Network Models on Devices.
9
10 ## Overview
11
12 NNtrainer is an Open Source Project. The aim of the NNtrainer is to develop Software Framework to train neural network model on embedded devices which has relatively limited resources. Rather than training the whole layers, NNtrainer trains only one or a few layers added after the feature extractor.
13
14 Even though it trains part of the neural network models, NNtrainer requires quite a lot of functionalities to train from common neural network frameworks. By implementing them, it is good enough to run several examples which can help to understand how it works. There are k-NN, Neural Network, Logistic Regression and Reinforcement Learning with CartPole in Applications directory and some of them use Mobilenet V2 with tensorflow-lite as a feature extractor. All of them tested on Galaxy S8 with Android and PC (Ubuntu 16.04).
15
16 ## Maintainer
17 * [Jijoong Moon](https://github.com/jijoongmoon)
18 * [MyungJoo Ham](https://github.com/myungjoo)
19 * [Geunsik Lim](https://github.com/leemgs)
20
21 ## Reviewers
22 * [Sangjung Woo](https://github.com/again4you)
23 * [Wook Song](https://github.com/wooksong)
24 * [Jaeyun Jung](https://github.com/jaeyun-jung)
25 * [Hyoungjoo Ahn](https://github.com/helloahn)
26 * [Parichay Kapoor](https://github.com/kparichay)
27 * [Dongju Chae](https://github.com/dongju-chae)
28 * [Gichan Jang](https://github.com/gichan-jang)
29 * [Yongjoo Ahn](https://github.com/anyj0527)
30 * [Jihoon Lee](https://github.com/zhoonit)
31
32 ## Components
33
34 ### Supported Layers
35
36 This component defines Layers which consist of Neural Network Model. Layers has own properties to be set.
37
38  | Keyword | Layer Name | Description |
39  |:-------:|:---:|:---|
40  |  conv2d | Convolution 2D |Convolution 2-Dimentional Layer |
41  |  pooling2d | Pooling 2D |Pooling 2-Dimentional Layer. Support average / max / global average / global max pooing |
42  | flatten | Flatten | Flatten Layer |
43  | fully_connected | Fully Connected | Fully Connected Layer |
44  | input | Input | Input Layer.  This is not always requied. |
45  | batch_normalization | Batch Normalization Layer | Batch Normalization Layer. |
46  | loss layer | loss layer | hidden from users |
47  | activation | activaiton layer | set by layer property |
48
49 ### Supported Optimizers
50
51 NNTrainer Provides
52
53  | Keyward | Optimizer Name | Description |
54  |:-------:|:---:|:---:|
55  | sgd | Stochastic Gradient Decent | - |
56  | adam | Adaptive Moment Estimation | - |
57
58 ### Supported Loss
59
60 NNTrainer provides
61
62  | Keyward | Loss Name | Description |
63  |:-------:|:---:|:---:|
64  | mse | Mean squared Error | - |
65  | cross | Cross Entropy - sigmoid | if activation last layer is sigmoid |
66  | cross | Cross Entropy - softmax | if activation last layer is softmax |
67
68 ### Supported Activations
69
70 NNTrainer provides
71
72  | Keyward | Loss Name | Description |
73  |:-------:|:---:|:---|
74  | tanh | tanh function | set as layer property |
75  | sigmoid | sigmoid function | set as layer property |
76  | relu | relu function | set as layer propery |
77  | softmax | softmax function | set as layer propery |
78  | weight_initializer | Weight Initialization | Xavier(Normal/Uniform), LeCun(Normal/Uniform),  HE(Normal/Unifor) |
79  | weight_regularizer | weight decay ( L2Norm only ) | needs set weight_regularizer_param & type |
80  | learnig_rate_decay | learning rate decay | need to set step |
81
82 ### Tensor
83
84 Tensor is responsible for the calculation of Layer. It executes the addition, division, multiplication, dot production, averaging of Data and so on. In order to accelerate the calculation speed, CBLAS (C-Basic Linear Algebra: CPU) and CUBLAS (CUDA: Basic Linear Algebra) for PC (Especially NVIDIA GPU)  for some of the operation. Later, these calculations will be optimized.
85 Currently we supports lazy calculation mode to reduce copy of tensors during calcuation.
86
87  | Keyward | Description |
88  |:-------:|:---:|
89  | 4D Tensor | B, C, H, W|
90  | Add/sub/mul/div | - |
91  | sum, average, argmax | - |
92  | Dot, Transpose | - |
93  | normalization, standardization | - |
94  | save, read | - |
95
96 ### Others
97
98 NNTrainer provides
99
100  | Keyward | Loss Name | Description |
101  |:-------:|:---:|:---|
102  | weight_initializer | Weight Initialization | Xavier(Normal/Uniform), LeCun(Normal/Uniform),  HE(Normal/Unifor) |
103  | weight_regularizer | weight decay ( L2Norm only ) | needs set weight_regularizer_constant & type |
104  | learnig_rate_decay | learning rate decay | need to set step |
105
106 ### APIs
107 Currently we privde [C APIs](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/blob/master/api/capi/include/nntrainer.h) for Tizen. C++ API also provides soon.
108
109
110 ### Examples for NNTrainer
111
112 #### [Custom Shortcut Application](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/Tizen_native/CustomShortcut)
113
114
115 This is demo application which enable user defined custom shortcut on galaxy watch.
116
117 #### [MNIST Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/MNIST)
118
119 This is example to train mnist dataset. It consists two convolution 2d layer, 2 pooling 2d layer, flatten layer and fully connected layer.
120
121 #### [Reinforcement Learning Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/ReinforcementLearning/DeepQ)
122
123 This is reinforcement learning example with cartpole game. It is using deepq alogrightm.
124
125 #### [Classification for cifar 10](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/TransferLearning/CIFAR_Classification)
126
127 This is Transfer learning example with cifar 10 data set. TFlite is used for feature extractor and modify last layer (fully connected layer) of network.
128
129 #### ~Tizen CAPI Example~
130
131 ~This is for demonstrate c api for tizen. It is same transfer learing but written with tizen c api.~
132 Deleted instead moved to a [test](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/blob/master/test/tizen_capi/unittest_tizen_capi.cpp)
133
134 #### [KNN Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/KNN)
135
136 This is Transfer learning example with cifar 10 data set. TFlite is used for feature extractor and compared with KNN
137
138 #### [Logistic Regression Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/LogisticRegression)
139
140 This is simple logistic regression example using nntrainer.
141
142 ## Getting Started
143
144 ### Prerequisites
145
146 The following dependencies are needed to compile / build / run.
147
148 *   gcc/g++ (>= 4.9, std=c++14 is used)
149 *   meson (>= 0.50.0)
150 *   blas library (CBLAS) (for CPU Acceleration, libopenblas is used for now)
151 *   cuda, cudart, cublas (should match the version) (GPU Acceleration on PC)
152 *   tensorflow-lite (>= 1.4.0)
153 *   libjsoncpp ( >= 0.6.0) (openAI Environment on PC)
154 *   libcurl3 (>= 7.47) (openAI Environment on PC)
155 *   libiniparser
156 *   libgtest (for testing)
157
158
159 ### Give It a Go Build with Docker
160
161 You can use [docker image](https://hub.docker.com/r/lunapocket/nntrainer-build-env) to easily set up and try building.
162
163 To run the docker
164
165 ```bash
166 $ docker pull lunapocket/nntrainer-build-env:ubuntu-18.04
167 $ docker run --rm -it  lunapocket/nntrainer-build-env:ubuntu-18.04
168 ```
169
170 Inside docker...
171
172 ```bash
173 $ cd /root/nntrainer
174 $ git pull # If you want to build with latest sources.
175 ```
176
177 You can try build from now on without concerning about Prerequisites.
178
179 ### How to Build
180
181 Download the source file by cloning the github repository.
182
183 ```bash
184 $ git clone https://github.com/nnstreamer/nntrainer
185 ```
186
187 After completing download the sources, you can find the several directories and files as below.
188
189 ``` bash
190 $ cd nntrainer
191
192 $ ls -1
193 api
194 Applications
195 debian
196 doc
197 jni
198 LICENSE
199 meson.build
200 meson_options.txt
201 nntrainer
202 nntrainer.pc.in
203 packaging
204 README.md
205 test
206
207 $ git log --oneline
208 f1a3a05 (HEAD -> master, origin/master, origin/HEAD) Add more badges
209 37032a1 Add Unit Test Cases for Neural Network Initialization
210 181a003 lower case for layer type.
211 1eb399b Update clang-format
212 87f1de7 Add Unit Test for Neural Network
213 cd5c36e Add Coverage Test badge for nntrainer
214 ...
215 ```
216
217 You can find the source code of the core library in nntrainer/src. In order to build them, use [meson](https://mesonbuild.com/)
218 ```bash
219 $ meson build
220 The Meson build system
221 Version: 0.50.1
222 Source dir: /home/wook/Work/NNS/nntrainer
223 Build dir: /home/wook/Work/NNS/nntrainer/build
224 Build type: native build
225 Project name: nntrainer
226 Project version: 0.0.1
227 Native C compiler: cc (gcc 7.5.0 "cc (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0")
228 Native C++ compiler: c++ (gcc 7.5.0 "c++ (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0")
229 Build machine cpu family: x86_64
230 Build machine cpu: x86_64
231 ...
232 Build targets in project: 11
233 Found ninja-1.8.2 at /usr/bin/ninja
234
235 $ ninja -C build
236 ninja: Entering directory `build'
237 [41/41] Linking target test/unittest/unittest_nntrainer_internal.
238 ```
239
240 After completion of the build, the shared library, 'libnntrainer.so' and the static library, 'libnntrainer.a' will be placed in build/nntrainer.
241 ```bash
242 $ ls build/nntrainer -1
243 d48ed23@@nntrainer@sha
244 d48ed23@@nntrainer@sta
245 libnntrainer.a
246 libnntrainer.so
247 ```
248
249 In order to install them with related header files to your system, use the 'install' sub-command.
250 ```bash
251 $ ninja -C build install
252 ```
253 Then, you will find the libnntrainer.so and related .h files in /usr/local/lib and /usr/local/include directories.
254
255 By default, the command ```ninja -C build`` generates the five example application binaries (Classification, k-NN, LogisticRegression, ReinforcementLearning, and Training) you could try in build/Applications. For 'Training' as an example case,
256 ```bash
257 $ ls build/Applications/Training/jni/ -1
258 e189c96@@nntrainer_training@exe
259 nntrainer_training
260 ```
261
262 In order to run such example binaries, Tensorflow-lite is a prerequisite. If you are trying to run on the Android, it will automatically download tensorflow (1.9.0) and compile as static library. Otherwise, you need to install it by yourself.
263
264 ### How to Test
265
266 1. Unittest
267 Meson build `enable-test` set to true
268
269 ```bash
270 $ echo $(pwd)
271 (project root)
272
273 $ meson build -Denable-test=true
274 The Meson build system
275 Version: 0.54.3
276 ...
277 Configuring capi-nntrainer.pc using configuration
278 Run-time dependency GTest found: YES (building self)
279 Build targets in project: 17
280
281 Found ninja-1.10.0.git.kitware.jobserver-1 at /home/jlee/.local/bin/ninja
282
283 $ ninja -C build test
284 [79/79] Running all tests.
285  1/12 unittest_tizen_capi            OK             8.86s
286  2/12 unittest_tizen_capi_layer      OK             0.05s
287  3/12 unittest_tizen_capi_optimizer  OK             0.01s
288  4/12 unittest_tizen_capi_dataset    OK             0.03s
289  5/12 unittest_nntrainer_activations OK             0.03s
290  6/12 unittest_nntrainer_internal    OK             0.23s
291  7/12 unittest_nntrainer_layers      OK             0.22s
292  8/12 unittest_nntrainer_lazy_tensor OK             0.04s
293  9/12 unittest_nntrainer_tensor      OK             0.04s
294 10/12 unittest_util_func             OK             0.05s
295 11/12 unittest_databuffer_file       OK             0.12s
296 12/12 unittest_nntrainer_modelfile   OK             2.22s
297
298 Ok:                 12
299 Expected Fail:      0
300 Fail:               0
301 Unexpected Pass:    0
302 Skipped:            0
303 Timeout:            0
304 ```
305
306 if you want to run particular test
307
308 ```bash
309 $ meson -C build test $(test name)
310 ```
311
312 2. Sample app test
313 NNTrainer provides extensive sample app running test.
314
315 Meson build with `enable-app` set to true
316 ```bash
317 $ echo $(pwd)
318 (project root)
319
320 $ meson build -Denable-app=true
321 The Meson build system
322 Version: 0.54.3
323 ...
324 Configuring capi-nntrainer.pc using configuration
325 Run-time dependency GTest found: YES (building self)
326 Build targets in project: 17
327
328 Found ninja-1.10.0.git.kitware.jobserver-1 at /home/jlee/.local/bin/ninja
329
330 $ ninja -C build test
331 ...
332  1/21 app_classification             OK             3.59s
333  2/21 app_classification_func        OK             42.77s
334  3/21 app_knn                        OK             4.81s
335  4/21 app_logistic                   OK             14.11s
336  5/21 app_DeepQ                      OK             30.30s
337  6/21 app_training                   OK             38.36s
338  7/21 app_classification_capi_ini    OK             32.65s
339  8/21 app_classification_capi_file   OK             32.04s
340  9/21 app_classification_capi_func   OK             29.13s
341  ...
342 ```
343
344 if you want to run particular example only
345
346 ```bash
347 $ meson -C build test $(test name) #app_classification_capi_func
348 ```
349
350 ### Running Examples
351
352 1. [Training](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/blob/master/Applications/Training/README.md)
353
354 After build, run with following arguments
355 Make sure to put last '/' for the resources directory.
356 ```bash
357 $./path/to/example ./path/to/settings.ini ./path/to/resource/directory/
358 ```
359
360 To run the 'Training', for example, do as follows.
361
362 ```bash
363 $ pwd
364 ./nntrainer
365 $ LD_LIBRARY_PATH=./build/nntrainer ./build/Applications/Training/jni/nntrainer_training ./Applications/Training/res/Training.ini ./Applications/Training/res/
366 ../../res/happy/happy1.bmp
367 ../../res/happy/happy2.bmp
368 ../../res/happy/happy3.bmp
369 ../../res/happy/happy4.bmp
370 ../../res/happy/happy5.bmp
371 ../../res/sad/sad1.bmp
372 ../../res/sad/sad2.bmp
373
374 ...
375
376 ```
377
378 ## Open Source License
379
380 The nntrainer is an open source project released under the terms of the Apache License version 2.0.