[ TOKEN ] Update weight decay to weight regularizer
[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/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](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/Tizen_CAPI)
130
131 This is for demonstrate c api for tizen. It is same transfer learing but written with tizen c api.
132
133 #### [KNN Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/KNN)
134
135 This is Transfer learning example with cifar 10 data set. TFlite is used for feature extractor and compared with KNN
136
137 #### [Logistic Regression Example](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/tree/master/Applications/LogisticRegression)
138
139 This is simple logistic regression example using nntrainer.
140
141 ## Getting Started
142
143 ### Prerequisites
144
145 The following dependencies are needed to compile / build / run.
146
147 *   gcc/g++ (>= 4.9, std=c++14 is used)
148 *   meson (>= 0.50.0)
149 *   blas library (CBLAS) (for CPU Acceleration, libopenblas is used for now)
150 *   cuda, cudart, cublas (should match the version) (GPU Acceleration on PC)
151 *   tensorflow-lite (>= 1.4.0)
152 *   libjsoncpp ( >= 0.6.0) (openAI Environment on PC)
153 *   libcurl3 (>= 7.47) (openAI Environment on PC)
154 *   libiniparser
155 *   libgtest (for testing)
156
157
158 ### Give It a Go Build with Docker
159
160 You can use [docker image](https://hub.docker.com/r/lunapocket/nntrainer-build-env) to easily set up and try building.
161
162 To run the docker
163
164 ```bash
165 $ docker pull lunapocket/nntrainer-build-env:ubuntu-18.04
166 $ docker run --rm -it  lunapocket/nntrainer-build-env:ubuntu-18.04
167 ```
168
169 Inside docker...
170
171 ```bash
172 $ cd /root/nntrainer
173 $ git pull # If you want to build with latest sources.
174 ```
175
176 You can try build from now on without concerning about Prerequisites.
177
178 ### How to Build
179
180 Download the source file by cloning the github repository.
181
182 ```bash
183 $ git clone https://github.com/nnstreamer/nntrainer
184 ```
185
186 After completing download the sources, you can find the several directories and files as below.
187
188 ``` bash
189 $ cd nntrainer
190
191 $ ls -1
192 api
193 Applications
194 debian
195 doc
196 jni
197 LICENSE
198 meson.build
199 meson_options.txt
200 nntrainer
201 nntrainer.pc.in
202 packaging
203 README.md
204 test
205
206 $ git log --oneline
207 f1a3a05 (HEAD -> master, origin/master, origin/HEAD) Add more badges
208 37032a1 Add Unit Test Cases for Neural Network Initialization
209 181a003 lower case for layer type.
210 1eb399b Update clang-format
211 87f1de7 Add Unit Test for Neural Network
212 cd5c36e Add Coverage Test badge for nntrainer
213 ...
214 ```
215
216 You can find the source code of the core library in nntrainer/src. In order to build them, use [meson](https://mesonbuild.com/)
217 ```bash
218 $ meson build
219 The Meson build system
220 Version: 0.50.1
221 Source dir: /home/wook/Work/NNS/nntrainer
222 Build dir: /home/wook/Work/NNS/nntrainer/build
223 Build type: native build
224 Project name: nntrainer
225 Project version: 0.0.1
226 Native C compiler: cc (gcc 7.5.0 "cc (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0")
227 Native C++ compiler: c++ (gcc 7.5.0 "c++ (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0")
228 Build machine cpu family: x86_64
229 Build machine cpu: x86_64
230 ...
231 Build targets in project: 11
232 Found ninja-1.8.2 at /usr/bin/ninja
233
234 $ ninja -C build
235 ninja: Entering directory `build'
236 [41/41] Linking target test/unittest/unittest_nntrainer_internal.
237 ```
238
239 After completion of the build, the shared library, 'libnntrainer.so' and the static library, 'libnntrainer.a' will be placed in build/nntrainer.
240 ```bash
241 $ ls build/nntrainer -1
242 d48ed23@@nntrainer@sha
243 d48ed23@@nntrainer@sta
244 libnntrainer.a
245 libnntrainer.so
246 ```
247
248 In order to install them with related header files to your system, use the 'install' sub-command.
249 ```bash
250 $ ninja -C build install
251 ```
252 Then, you will find the libnntrainer.so and related .h files in /usr/local/lib and /usr/local/include directories.
253
254 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,
255 ```bash
256 $ ls build/Applications/Training/jni/ -1
257 e189c96@@nntrainer_training@exe
258 nntrainer_training
259 ```
260
261 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.
262
263 ### How to Test
264
265 1. Unittest
266 Meson build `enable-test` set to true
267
268 ```bash
269 $ echo $(pwd)
270 (project root)
271
272 $ meson build -Denable-test=true
273 The Meson build system
274 Version: 0.54.3
275 ...
276 Configuring capi-nntrainer.pc using configuration
277 Run-time dependency GTest found: YES (building self)
278 Build targets in project: 17
279
280 Found ninja-1.10.0.git.kitware.jobserver-1 at /home/jlee/.local/bin/ninja
281
282 $ ninja -C build test
283 [79/79] Running all tests.
284  1/12 unittest_tizen_capi            OK             8.86s
285  2/12 unittest_tizen_capi_layer      OK             0.05s
286  3/12 unittest_tizen_capi_optimizer  OK             0.01s
287  4/12 unittest_tizen_capi_dataset    OK             0.03s
288  5/12 unittest_nntrainer_activations OK             0.03s
289  6/12 unittest_nntrainer_internal    OK             0.23s
290  7/12 unittest_nntrainer_layers      OK             0.22s
291  8/12 unittest_nntrainer_lazy_tensor OK             0.04s
292  9/12 unittest_nntrainer_tensor      OK             0.04s
293 10/12 unittest_util_func             OK             0.05s
294 11/12 unittest_databuffer_file       OK             0.12s
295 12/12 unittest_nntrainer_modelfile   OK             2.22s
296
297 Ok:                 12
298 Expected Fail:      0
299 Fail:               0
300 Unexpected Pass:    0
301 Skipped:            0
302 Timeout:            0
303 ```
304
305 if you want to run particular test
306
307 ```bash
308 $ meson -C build test $(test name)
309 ```
310
311 2. Sample app test
312 NNTrainer provides extensive sample app running test.
313
314 Meson build with `enable-app` set to true
315 ```bash
316 $ echo $(pwd)
317 (project root)
318
319 $ meson build -Denable-app=true
320 The Meson build system
321 Version: 0.54.3
322 ...
323 Configuring capi-nntrainer.pc using configuration
324 Run-time dependency GTest found: YES (building self)
325 Build targets in project: 17
326
327 Found ninja-1.10.0.git.kitware.jobserver-1 at /home/jlee/.local/bin/ninja
328
329 $ ninja -C build test
330 ...
331  1/21 app_classification             OK             3.59s
332  2/21 app_classification_func        OK             42.77s
333  3/21 app_knn                        OK             4.81s
334  4/21 app_logistic                   OK             14.11s
335  5/21 app_DeepQ                      OK             30.30s
336  6/21 app_training                   OK             38.36s
337  7/21 app_classification_capi_ini    OK             32.65s
338  8/21 app_classification_capi_file   OK             32.04s
339  9/21 app_classification_capi_func   OK             29.13s
340  ...
341 ```
342
343 if you want to run particular example only
344
345 ```bash
346 $ meson -C build test $(test name) #app_classification_capi_func
347 ```
348
349 ### Running Examples
350
351 1. [Training](https://github.com/nnstreamer/nntrainer/blob/master/Applications/Training/README.md)
352
353 After build, run with following arguments
354 Make sure to put last '/' for the resources directory.
355 ```bash
356 $./path/to/example ./path/to/settings.ini ./path/to/resource/directory/
357 ```
358
359 To run the 'Training', for example, do as follows.
360
361 ```bash
362 $ pwd
363 ./nntrainer
364 $ LD_LIBRARY_PATH=./build/nntrainer ./build/Applications/Training/jni/nntrainer_training ./Applications/Training/res/Training.ini ./Applications/Training/res/
365 ../../res/happy/happy1.bmp
366 ../../res/happy/happy2.bmp
367 ../../res/happy/happy3.bmp
368 ../../res/happy/happy4.bmp
369 ../../res/happy/happy5.bmp
370 ../../res/sad/sad1.bmp
371 ../../res/sad/sad2.bmp
372
373 ...
374
375 ```
376
377 ## Open Source License
378
379 The nntrainer is an open source project released under the terms of the Apache License version 2.0.