layer.hpp: Doxygen-style documentation
authorJeff Donahue <jeff.donahue@gmail.com>
Thu, 28 Aug 2014 07:24:12 +0000 (00:24 -0700)
committerEvan Shelhamer <shelhamer@imaginarynumber.net>
Wed, 3 Sep 2014 17:59:23 +0000 (10:59 -0700)
include/caffe/layer.hpp

index 2881fe2..59e6ccf 100644 (file)
 
 namespace caffe {
 
+/**
+ * @brief An interface for the units of computation which can be composed into a
+ *        Net.
+ *
+ * Layer&s must implement a Forward function, in which they take their input
+ * (bottom) Blob&s (if any) and compute their output Blob&s (if any).
+ * They may also implement a Backward function, in which they compute the error
+ * gradients with respect to their input Blob&s, given the error gradients with
+ * their output Blob&s.
+ */
 template <typename Dtype>
 class Layer {
  public:
-  // You should not implement your own constructor. Any set up code should go
-  // to SetUp(), where the dimensions of the bottom blobs are provided to the
-  // layer.
+  /**
+   * You should not implement your own constructor. Any set up code should go
+   * to SetUp(), where the dimensions of the bottom blobs are provided to the
+   * layer.
+   */
   explicit Layer(const LayerParameter& param)
     : layer_param_(param) {
       // The only thing we do is to copy blobs if there are any.
@@ -30,113 +42,229 @@ class Layer {
       }
     }
   virtual ~Layer() {}
-  // SetUp: implements common layer setup functionality, and calls
-  // LayerSetUp to do special layer setup for individual layer types.
-  // This method may not be overridden.
+
+  /**
+   * @brief Implements common layer setup functionality.
+   *
+   * @param bottom the preshaped input blobs
+   * @param top
+   *     the allocated but unshaped output blobs, to be shaped by LayerSetUp
+   *
+   * Checks that the number of bottom and top blobs is correct.
+   * Calls LayerSetUp to do special layer setup for individual layer types.
+   * Sets up the loss weight multiplier blobs for any non-zero loss weights.
+   * This method may not be overridden.
+   */
   void SetUp(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom, vector<Blob<Dtype>*>* top) {
     CheckBlobCounts(bottom, *top);
     LayerSetUp(bottom, top);
     SetLossWeights(top);
   }
-  // LayerSetUp: your layer should implement this.
+
+  /**
+   * @brief Does layer-specific setup: your layer should implement this.
+   *
+   * @param bottom
+   *     the preshaped input blobs, whose data fields store the input data for
+   *     this layer
+   * @param top
+   *     the allocated but unshaped output blobs, to be initialized by LayerSetUp
+   *
+   * This method should be used to do layer-specific setup. At a minimum, this
+   * includes reshaping the empty top blobs to the shape as dictated by the
+   * shapes of the bottom blobs and any relevant parameters from the
+   * <code>layer_param_</code>.
+   */
   virtual void LayerSetUp(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
       vector<Blob<Dtype>*>* top) { NOT_IMPLEMENTED; }
 
-  // Forward and backward wrappers. You should implement the cpu and
-  // gpu specific implementations instead, and should not change these
-  // functions.
+  /**
+   * @brief Given the bottom blobs, compute the top blobs and the loss.
+   *
+   * @param bottom
+   *     the input blobs, whose data fields store the input data for this layer
+   * @param top
+   *     the preshaped output blobs, whose data fields will store this layers'
+   *     outputs
+   * \return The total loss from the layer.
+   *
+   * The Forward wrapper calls the relevant device wrapper function
+   * (Forward_cpu or Forward_gpu) to compute the top blob values given the
+   * bottom blobs.  If the layer has any non-zero loss_weights, the wrapper
+   * then computes and returns the loss.
+   *
+   * Your layer should implement Forward_cpu and (optionally) Forward_gpu.
+   */
   inline Dtype Forward(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
       vector<Blob<Dtype>*>* top);
+
+  /**
+   * @brief Given the top blob error gradients, compute the bottom blob error
+   *        gradients.
+   *
+   * @param top
+   *     the output blobs, whose diff fields store the gradient of the error
+   *     with respect to themselves
+   * @param propagate_down
+   *     a vector with equal length to bottom, with each index indicating
+   *     whether to propagate the error gradients down to the bottom blob at
+   *     the corresponding index
+   * @param bottom
+   *     the input blobs, whose diff fields will store the gradient of the error
+   *     with respect to themselves after Backward is run
+   *
+   * The Backward wrapper calls the relevant device wrapper function
+   * (Backward_cpu or Backward_gpu) to compute the bottom blob diffs given the
+   * top blob diffs.
+   *
+   * Your layer should implement Forward_cpu and (optionally) Forward_gpu.
+   */
   inline void Backward(const vector<Blob<Dtype>*>& top,
       const vector<bool>& propagate_down,
       vector<Blob<Dtype>*>* bottom);
 
-  // Returns the vector of blobs.
+  /**
+   * @brief Returns the vector of learnable parameter blobs.
+   */
   vector<shared_ptr<Blob<Dtype> > >& blobs() {
     return blobs_;
   }
 
-  // Returns the layer parameter
+  /**
+   * @brief Returns the layer parameter.
+   */
   const LayerParameter& layer_param() const { return layer_param_; }
-  // Writes the layer parameter to a protocol buffer
+
+  /**
+   * @brief Writes the layer parameter to a protocol buffer
+   */
   virtual void ToProto(LayerParameter* param, bool write_diff = false);
 
+  /**
+   * @brief Returns the scalar loss associated with a top blob at a given index.
+   */
   inline Dtype loss(const int top_index) const {
     return (loss_.size() > top_index) ? loss_[top_index] : Dtype(0);
   }
+
+  /**
+   * @brief Sets the loss associated with a top blob at a given index.
+   */
   inline void set_loss(const int top_index, const Dtype value) {
     if (loss_.size() <= top_index) {
       loss_.resize(top_index + 1, Dtype(0));
     }
     loss_[top_index] = value;
   }
-  // Setup the weights associated with each top blob in the loss function.
-  // Store non-zero loss weights in the diff blob.
-  inline void SetLossWeights(vector<Blob<Dtype>*>* top) {
-    const int num_loss_weights = layer_param_.loss_weight_size();
-    if (num_loss_weights) {
-      CHECK_EQ(top->size(), num_loss_weights) << "loss_weight must be "
-          "unspecified or specified once per top blob.";
-      for (int top_id = 0; top_id < top->size(); ++top_id) {
-        const Dtype loss_weight = layer_param_.loss_weight(top_id);
-        if (loss_weight == Dtype(0)) { continue; }
-        this->set_loss(top_id, loss_weight);
-        const int count = (*top)[top_id]->count();
-        Dtype* loss_multiplier = (*top)[top_id]->mutable_cpu_diff();
-        caffe_set(count, loss_weight, loss_multiplier);
-      }
-    }
-  }
 
-  // Returns the layer type as an enum value.
+  /**
+   * @brief Returns the layer type as an enum value.
+   */
   virtual inline LayerParameter_LayerType type() const {
     return LayerParameter_LayerType_NONE;
   }
 
-  // Returns the layer type name.
+  /**
+   * @brief Returns the layer type name.
+   */
   virtual inline const string& type_name() const {
     return LayerParameter_LayerType_Name(type());
   }
 
-  // These methods can be overwritten to declare that this layer type expects
-  // a certain number of blobs as input and output.
-  //
-  // ExactNum{Bottom,Top}Blobs return a non-negative number to require an exact
-  // number of bottom/top blobs; the Min/Max versions return a non-negative
-  // number to require a minimum and/or maximum number of blobs.
-  // If Exact is specified, neither Min nor Max should be specified, and vice
-  // versa.  These methods may not rely on SetUp having been called.
+  /**
+   * @brief Returns the exact number of bottom blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no exact number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some exact number of bottom blobs.
+   */
   virtual inline int ExactNumBottomBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns the minimum number of bottom blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no minimum number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some minimum number of bottom blobs.
+   */
   virtual inline int MinBottomBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns the maximum number of bottom blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no maximum number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some maximum number of bottom blobs.
+   */
   virtual inline int MaxBottomBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns the exact number of top blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no exact number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some exact number of top blobs.
+   */
   virtual inline int ExactNumTopBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns the minimum number of top blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no minimum number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some minimum number of top blobs.
+   */
   virtual inline int MinTopBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns the maximum number of top blobs required by the layer,
+   *        or -1 if no maximum number is required.
+   *
+   * This method should be overridden to return a non-negative value if your
+   * layer expects some maximum number of top blobs.
+   */
   virtual inline int MaxTopBlobs() const { return -1; }
+  /**
+   * @brief Returns true if the layer requires an equal number of bottom and
+   *        top blobs.
+   *
+   * This method should be overridden to return true if your layer expects an
+   * equal number of bottom and top blobs.
+   */
+  virtual inline bool EqualNumBottomTopBlobs() const { return false; }
 
-  // AutoTopBlobs may be overridden with a positive integer to automatically
-  // create enough "anonymous" top blobs to fulfill the requirement specified
-  // by ExactNumTopBlobs() or MinTopBlobs().
+  /**
+   * @brief Return whether "anonymous" top blobs are created automatically
+   *        by the layer.
+   *
+   * If this method returns true, Net::Init will create enough "anonymous" top
+   * blobs to fulfill the requirement specified by ExactNumTopBlobs() or
+   * MinTopBlobs().
+   */
   virtual inline bool AutoTopBlobs() const { return false; }
 
-  // EqualNumBottomTopBlobs should return true for layers requiring an equal
-  // number of bottom and top blobs.
-  virtual inline bool EqualNumBottomTopBlobs() const { return false; }
-
-  // Declare for each bottom blob whether to allow force_backward -- that is,
-  // if AllowForceBackward(i) == false, we will ignore the force_backward
-  // setting and backpropagate to blob i only if it needs gradient information
-  // (as is done when force_backward == false).
+  /**
+   * @brief Return whether to allow force_backward for a given bottom blob
+   *        index.
+   *
+   * If AllowForceBackward(i) == false, we will ignore the force_backward
+   * setting and backpropagate to blob i only if it needs gradient information
+   * (as is done when force_backward == false).
+   */
   virtual inline bool AllowForceBackward(const int bottom_index) const {
     return true;
   }
 
-  // param_propagate_down specifies whether the layer should compute gradients
-  // in Backward.  You can safely ignore false and always compute gradients
-  // for all parameters, but possibly with wasteful computation.
+  /**
+   * @brief Specifies whether the layer should compute gradients w.r.t. a
+   *        parameter at a particular index given by param_id.
+   *
+   * You can safely ignore false values and always compute gradients
+   * for all parameters, but possibly with wasteful computation.
+   */
   inline bool param_propagate_down(const int param_id) {
     return (param_propagate_down_.size() > param_id) ?
         param_propagate_down_[param_id] : false;
   }
+  /**
+   * @brief Sets whether the layer should compute gradients w.r.t. a
+   *        parameter at a particular index given by param_id.
+   */
   inline void set_param_propagate_down(const int param_id, const bool value) {
     if (param_propagate_down_.size() <= param_id) {
       param_propagate_down_.resize(param_id + 1, true);
@@ -146,33 +274,42 @@ class Layer {
 
 
  protected:
-  // The protobuf that stores the layer parameters
+  /** The protobuf that stores the layer parameters */
   LayerParameter layer_param_;
-  // The vector that stores the parameters as a set of blobs.
+  /** The vector that stores the learnable parameters as a set of blobs. */
   vector<shared_ptr<Blob<Dtype> > > blobs_;
-  // Vector indicating whether to compute the diff of each param blob.
+  /** Vector indicating whether to compute the diff of each param blob. */
   vector<bool> param_propagate_down_;
 
-  // The vector that indicates whether each top blob has a non-zero weight in
-  // the objective function.
+  /** The vector that indicates whether each top blob has a non-zero weight in
+   *  the objective function. */
   vector<Dtype> loss_;
 
-  // Forward functions: compute the layer output
-  // (and loss layers return the loss; other layers return the dummy value 0.)
+  /** @brief Using the CPU device, compute the layer output. */
   virtual void Forward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
       vector<Blob<Dtype>*>* top) = 0;
-  // If no gpu code is provided, we will simply use cpu code.
+  /**
+   * @brief Using the GPU device, compute the layer output.
+   *        Fall back to Forward_cpu() if unavailable.
+   */
   virtual void Forward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
       vector<Blob<Dtype>*>* top) {
     // LOG(WARNING) << "Using CPU code as backup.";
     return Forward_cpu(bottom, top);
   }
 
-  // Backward functions: compute the gradients for any parameters and
-  // for the bottom blobs if propagate_down is true.
+  /**
+   * @brief Using the CPU device, compute the gradients for any parameters and
+   *        for the bottom blobs if propagate_down is true.
+   */
   virtual void Backward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,
       const vector<bool>& propagate_down,
       vector<Blob<Dtype>*>* bottom) = 0;
+  /**
+   * @brief Using the GPU device, compute the gradients for any parameters and
+   *        for the bottom blobs if propagate_down is true.
+   *        Fall back to Backward_cpu() if unavailable.
+   */
   virtual void Backward_gpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,
       const vector<bool>& propagate_down,
       vector<Blob<Dtype>*>* bottom) {
@@ -180,9 +317,11 @@ class Layer {
     Backward_cpu(top, propagate_down, bottom);
   }
 
-  // CheckBlobCounts: called by the parent Layer's SetUp to check that the
-  // number of bottom and top Blobs provided as input match the expected
-  // numbers specified by the {ExactNum,Min,Max}{Bottom,Top}Blobs() functions.
+  /**
+   * Called by the parent Layer's SetUp to check that the number of bottom
+   * and top Blobs provided as input match the expected numbers specified by
+   * the {ExactNum,Min,Max}{Bottom,Top}Blobs() functions.
+   */
   virtual void CheckBlobCounts(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
                                const vector<Blob<Dtype>*>& top) {
     if (ExactNumBottomBlobs() >= 0) {
@@ -222,6 +361,26 @@ class Layer {
     }
   }
 
+  /**
+   * Called by SetUp to initialize the weights associated with any top blobs in
+   * the loss function. Store non-zero loss weights in the diff blob.
+   */
+  inline void SetLossWeights(vector<Blob<Dtype>*>* top) {
+    const int num_loss_weights = layer_param_.loss_weight_size();
+    if (num_loss_weights) {
+      CHECK_EQ(top->size(), num_loss_weights) << "loss_weight must be "
+          "unspecified or specified once per top blob.";
+      for (int top_id = 0; top_id < top->size(); ++top_id) {
+        const Dtype loss_weight = layer_param_.loss_weight(top_id);
+        if (loss_weight == Dtype(0)) { continue; }
+        this->set_loss(top_id, loss_weight);
+        const int count = (*top)[top_id]->count();
+        Dtype* loss_multiplier = (*top)[top_id]->mutable_cpu_diff();
+        caffe_set(count, loss_weight, loss_multiplier);
+      }
+    }
+  }
+
   DISABLE_COPY_AND_ASSIGN(Layer);
 };  // class Layer