tensorboard ckpt pb 模型的输出节点_Tensorflow笔记：模型保存、加载和Fine-tune

前言

尝试过迁移学习的同学们都知道，Tensorflow的模型保存加载有不同格式，使用方法也不一样，新手会觉得乱七八糟，所以本文做一个梳理。从模型的保存到加载，再到使用，力求理清这个流程。

1. 保存

Tensorflow的保存分为三种：1. checkpoint模式；2. pb模式；3. saved_model模式。

1.1 先假设有这么个模型

首先假定我们已经有了这样一个简单的线性回归网络结构：

import 

我们来简单初始化，然后跑一下：

# 假设这是一个batch_size=8的batch

可以看到初始化的输出y值，以及训练1个step之后的模型输出发生了变化。

1.2 checkpoint模式

checkpoint模式将网络和变量数据分开保存，保存好的模型长这个样子：

|--checkpoint_dir
|    |--checkpoint
|    |--test-model-550.meta
|    |--test-model-550.data-00000-of-00001
|    |--test-model-550.index

checkpoint_dir就是保存时候指定的路径，路径下会生成4个文件。其中.meta文件（其实就是pb格式文件）用来保存模型结构，.data和.index文件用来保存模型中的各种变量，而checkpoint文件里面记录了最新的checkpoint文件以及其它checkpoint文件列表，在inference时可以通过修改这个文件，指定使用哪个model。那么要如何保存呢？

# 只有sess中有变量的值，所以保存模型的操作只能在sess内

实际就两步。执行之后就可以在checkpoint_dir下面看到前面提到的4个文件了。（这里的max_to_keep是指本次训练在checkpoint_dir这个路径下最多保存多少个模型文件，新模型会覆盖旧模型以节省空间）。

1.3 pb模式

pb模式保存的模型，只有在目标路径pb_dir = "./model_pb/"下孤孤单单的一个文件"test-model.pb"，这也是它相比于其他几种方式的优势，简单明了。假设还是前面的网络结构，如果想保存成pb模式该怎么做呢？

# 只有sess中有变量的值，所以保存模型的操作只能在sess内

其实pb模式本质上就是把变量先冻结成常数，然后保存到图结构中。这样就可以直接加载图结构和“参数”了。

1.4 saved_model模式

虽然saved_model也支持模型加载，并进行迁移学习。可是不得不说saved_model几乎就是为了部署而生的，因为依靠tf.Serving部署模型时要求模型格式必须是saved_model格式。除此以外saved_model还有另外一个优点就是可以跨语言读取，所以本文也介绍一下这种模式的保存于加载。本文样例的保存在参数设置上会考虑到方便部署。保存好的saved_model结构长这个样子：

|--saved_model_dir
|    |--1
|        |--saved_model.pb
|        |--variables
|            |--variables.data-00000-of-00001
|            |--variables.index

保存时需要将保存路径精确到"saved_model_dir/1/ "，会在下面生成一个pb文件，以及一个variables文件夹。其中“1”文件夹是表示版本的文件夹，应该是一个整数。人为设定这个“版本文件夹”的原因是，在模型部署的时候需要将模型位置精确到saved_model_dir，tf.Serving会在saved_model_dir下搜索版本号最大的路径下的模型进行服务。模型保存的方法是

# 只有sess中有变量的值，所以保存模型的操作只能在sess内

因为涉及到部署，比较复杂，这里不得不说明一下。

在保存之前需要构建一个signature，用来构造signature的build_signature_def函数有三个参数：inputs、outputs、method_name。其中inputs和outputs分别用来获取输入输出向量的信息，在部署服务后来的数据会喂到inputs中，服务吐的结果会以outputs的形式返回；而method_name如果用来部署模型的话需要设置为"tensorflow/serving/predict", "tensorflow/serving/classify", "tensorflow/serving/regress" 中的一个。如果不是用来服务，就可以写一个其他的。

在保存的时候，除了刚刚构建的signature，还需要提供一个tags 参数，如果用来部署的话需要填[tf.saved_model.tag_constants.SERVING]，否则可以填其他。另外如果用来部署模型的话，signature_def_map的key必须是"serving_default"。

2. 加载

下面说如何加载，checkpoint和pb两种模式的加载方法也不一样。下面分别说

2.1 checkpoint加载（略烦）

checkpoint模式的网络结构和变量是分来保存的，加载的时候也需要分别加载。而网络结构部分你有两种选择：1. 加载.meta文件中的结构， 2. 手动重新写一遍原样结构。

我们先说后一个，如果你不光有模型文件，还有源码，可以把源码构建模型那部分复制过来，然后只加载变量就好，这是手动重新搭建网络结构：

import 

然后加载变量：

# 假设这是一个batch_size=8的batch

所以手动构建网络结构后，只需要saver.restore一下，就可以加载模型中的参数。

另外，如果将上面的sess.run(tf.global_variables_initializer())注释掉，那每次运行的结果都一样，可见此时模型中的变量确实是加载进来的变量。如果取消注释这一句，每次跑出来的结果都不同，因为加载进来的变量又被初始化函数覆盖了，所以每次都不一样。这也说明了：通过checkpoint这种模式加载进来的变量，依然是变量，而且是trainable=True的。

print

结果为：[, ]

那如果我懒，活着没有源码，无法手动构建网络呢？就需要从.meta文件里导入网络结构了。

# 不手动构建，从文件中加载网络结构

什么？这就完了？网络结构在哪呢？先别急，这种方法就是这样，网络结构已经加载进来了，那怎么用呢？

# 假设这是一个batch

其实前面把网络结构加载进来之后，如果需要对某tensor进行操作的话（run、feed、concat等等）需要通过tensor的name获取成变量。同样通过sess.run(tf.global_variables_initializer())可以看出，加载进来的变量，还是变量。

总结一下：手动构建网络结构的话，缺点是麻烦！优点是你想用什么变量直接用就行；而通过.meta文件来加载网络结构，优点是省事，缺点是如果想用某个变量，必须通过name获取变量。

2.2 pb模式加载

相比之下，pb模式的加载旧没那么复杂，因为他的网络结构和数据是存在一起的。

import 

现在我们就已经有了X和pred，下面来跑一个pred吧

# 假设这是一个batch

就这么简单！从pb中获取进来的“变量”就可以直接用。为什么我要给变量两个字打上引号呢？因为在pb模型里保存的其实是常量了，取消注释sess.run(tf.global_variables_initializer())后，多次运行的结果还是一样的。此时的“beta:0”和"bias:0"已经不再是variable，而是constant。这带来一个好处：读取模型中的tensor可以在Session外进行。相比之下checkpoint只能在Session内读取模型，对Fine-tune来说就比较麻烦。

2.3 saved_model模式加载

前两种加载方法想要获取tensor，要么需要手动搭建网络，要么需要知道tensor的name，如果用模型和训模型的不是同一个人，那在没有源码的情况下，就不方便获取每个tensor的name。好在saved_model可以通过前面提到的signature_def_map的方法获取tensor。先看一下直接通过tensor的name获取变量的加载方式：

# 假设这是一个batch

这里和checkpoint的加载过程很相似，先一个load过程，然后get_tensor_by_name。这需要我们事先知道tensor的name。如果有了signature的信息就不一样了：

# 假设这是一个batch

这时即使我们没有源码，也可以通过print(signature)获知关于tensor的信息，如上就展示了没有源码时，通过signature获取tensor的name，并获取tensor的过程。这里输出的signature长这样：

# signature长什么样

3. Fine-tune

最后不管保存还是加载模型，多数情况都是为了能够进行迁移学习。其实大部分无非就是将模型加载进来之后，使用某一个节点的值，作为我们后续模型的输入呗。比如我要用前面的模型结果作为特征通过一元罗辑回归去预测z，这样新的网络结构就是这样：

import 

就是这样，把保存好的模型看作一个黑盒，喂进去X吐出来pred，然后我们直接用pred就好了。

但是这里存在一个问题，就是只能通过name获取节点。比如这里的new_pred就没有name，那我想要基于这个新模型再次进行Fine-tune的时候，就不能获取这个new_pred，就无法进行Fine-tune。所以大家还是要养成一个好习惯，多给变量起名字，尤其是placeholder！要是连placeholder都没名字，别人就没法用你的模型啦。如果保存的是saved_model，建议一定要设置signature。

下面来实验一下这个Fine-tune的模型吧：

# 假设这是一个batch

这里补充一下：通过pb模式导入进来的参数其实是constants，所以在Fine-tune的时候不会变化，而通过checkpoint模式导入进来的参数是variables，在后续Fine-tune的时候是会发生变化的。具体让不让他trainable就看你的实际需要了。

4. 其他补充

在2.2中，加载pb模型的时候，并不需要把所有的tensor都获取到，只要“一头一尾”即可。因为头（"input:0"）是需要进行feed操作的，而尾（"output:0"）是需要输出，或者在迁移学习中要进行其他操作。至于中间哪些其他不需要进行操作的tensor，可以不获取。

因为只有pb模式在加载的时候，可以在Session外进行加载，方便Fine-tune。所以个人建议，如果要进行迁移学习，先将模型转化为pb模式。

其他的想起来在写