hang: nnetbin/sat-nnet-train-frmshuff.cc注解4

主体训练过程

1. 循环条件

• Done()函数：data_end_ - data_begin_ < conf_.minibatch_size,即不够填充一个mini_batch数据
• Next()函数：data_begin_ += conf_.minibatch_size
• Value()函数：
  a. 判断有一个minibatch的数据( data_end_ - data_begin_ > minibatch_size),其实该条和Done是重复的.
  b. 读取一个minibatch数据，注意读的是引用.

2. 前向传递(Propagate_SpkCode函数)

• 前向传递根据不同的component的处理不同
  std::vector components_;
  components_[0]为Speakercode层;components_[1]~components_[size-1]为常规结构
• GetSpkInfo(in),in为每一帧所对应说话人的id,current_code为一个临时CuMatrix变量，大小为in.size*code_length_;speaker_code_中存放的是所有人的code;利用CopyRows按in的索引拷贝.
• current_code_id_ = in，注意这里current_code_id_是CuArray类型的成员变量，用于后续反向传播.
• connect_nnet_为一个仅有一个component的网络，进行前向传递，结果存于code_out_，为CuMatrix的成员变量，用于与各个层加和，改变偏执.
• Nnet的Propagate():propagate_buf_[0]存放输入;对每一个component调用Propagate;输出存于propagate_buf_i+1.输出为out=propagate_buf_[component_.size()].
• 将connect_out_diff_清空,重置为0,用于存储梯度,大小为in.size*connet_nnet_.OutputDim().
• 由于component_[0]为speakercode层，所以正常输入存于propagate_buf_[1].
• 进行前向

  for(int32 i=1; i < (int32)components_.size(); i++) {
    components_[i]->Propagate(propagate_buf_[i], &propagate_buf_[i+1]);
    sat_layer->PropagateFnc(&propagate_buf_[i+1], i);
  }
  

  循环从i=1到size-1.由于0为speakercode层.举个例子.

  0=speakercode;1=affine;2=sigmoid;3=affine;4=softmax.此时component_.size()=5
  循环的components为1，2，3，4.最终的结果存放在propagate_buf_[5]中.
  
  sat_layer->PropagateFnc(CuMatrix *out, int layer_id)为这样
  定义：std::map > adapt_layers_;
  
  layer_id为proto文件中写好的,adapt_layers_.find(layer_id) != adapt_layers_.end(),从adapt_layers_中查找。
  这里adapt_layers_=[1,3].当i处在一个adapt_layers_时，将偏执加上去.
  out->AddMat(1.0, code_out_.ColRange(adapt_layers_[layer_id].first, adapt_layers_[layer_id].second));
  第一个值为起始位置，第二个值为宽度.(其实位置为之前adapt_layers宽度加和即可)
  

3. post转换为CuMatrix形式

• typedef std::vector>> Posterior;其中第一个vector中的每个对象为一帧数据;第二个vector长度通常为1;存一个pair对;int32为transition-id;BaseFloat为概率.
• 之所以设计成vector>的形式,而不是vector,目的在于支持多状态后验概率的形式.但很少见，通常第二个vector长度为1.
• PosteriorToMatrix函数

  void PosteriorToMatrix(const Posterior &post, int32 num_cols, CuMatrix *mat) {
  // Make a host-matrix,
  int32 num_rows = post.size();
  Matrix m(num_rows, num_cols, kSetZero); // zero-filled
  // Fill from Posterior,
  for (int32 t = 0; t < post.size(); t++) {
    for (int32 i = 0; i < post[t].size(); i++) { 
      int32 col = post[t][i].first;
      if (col >= num_cols) {
        KALDI_ERR << "Out-of-bound Posterior element with index " << col
        << ", higher than number of columns " << num_cols;
      } 
      m(t, col) = post[t][i].second;
    }     
  }       
  // Copy to output GPU matrix,
  (*mat) = m;
  }        
  

• post.size()为帧数,新矩阵的大小=帧数*目标状态数;核心为m(t,col)= post[t][i].second;最后返回CuMatrix形式.这样nnet_tgt中为每帧对应target矩阵形式(通常每行为one-hot形式).

4. 计算误差

• xent.Eval(frm_weights, nnet_out, nnet_tgt, &obj_diff);梯度会被frm_weights缩放
• 该函数第一部分：计算diff=目标函数对输出求偏导数=(net_out-target)
• 该函数第二部分：计算loss+=cross_entropy=求和（-tlogy）；entropy=求和（-tlogt）；每1h的数据报告一次(loss-entropy/frames)

5. 反向传播调整

• 如果不是crossvalidate是进行
• 传入参数为obj_diff，也就是(net_out-target)
• 根据参数update_codeonly分为两种更新

6. 主体更新函数Backpropagate_SpkCode(obj_diff,NULL)

• dynamic_case(components_[0]);
• 将梯队out_diff赋值给backpropagate_buf_[NumComponents()],即最后一个.
• 循环从NumComponent()-1开始(即最后一个component),到component[1]结束，因为component[0]为sat_component.
• 循环体内

  sat_layer->BackpropagateFnc(backpropagate_buf_[i+1], i);
  如果i恰好在adapt_layers_中(adapt_layers_通常为线性层),存储backpropagate_[i+1]
  的梯度到connect_out_diff_的相应列中,准备进行传递得到speakercode的梯度.
    components_[i]->Backpropagate(propagate_buf_[i],propagate_buf_[i+1],
                              backpropagate_buf_[i+1],&backpropagate_buf_[i]);
  每一层传递前的梯度存于backpropagate_buf_[i+1],传递后存于backpropagate_buf_[i],而前向的buf在某些component中会被利用.
  

• 更新speakercode层:sat_layer->Update(propagate_buf_[0], backpropagate_buf_[1]);实际上参数并没有用，更新的梯度存在connect_out_diff中;用于更新speakercode的梯度存于speaker_code_diff_cur_中.connect_nnet_.Backpropagate在获得speaker_code的梯度同时，更新connect_out_网络(实际为一个)
• current_code_id_中存放的是该minibatch的所有对应speaker_id;赋值给spks后进行sort和unique,注意unique实际是去掉相邻的重复.然后spks.resize为[std::distance(spks.begin(),it)],相当于无重复长度.
• 处理冲量

  for (int32 i = 0; i < spks.size(); i++) {
    speaker_code_corr_.Row(current_code_id_[i]).Scale(mmt);
  }
  这样事有问题的做冲量运算。此处需要修改
  假设该minibatch对应的current_code_id_为[1,2,3,2,4,3],这样得到的spks为[1,2,3,4]。
  所以i取0~3.current_code_id_[0~3]为[1,2,3,2]，这样编号为4的speaker并没有处理以前累计的梯度。
  如果经常出现类似code_id_顺序,会导致某些speaker的梯度持续累加，以前很多轮的minibatch的梯度被反复累加。
  

• 为每个说话人累加梯度

  for (int32 i = 0; i < current_code_id_.size(); i++) {
    speaker_code_corr_.Row(current_code_id_[i]).AddVec(1.0,
    speaker_code_diff_cur_.Row(i));
  }
  其中speaker_code_diff_cur_.Row(i)相当于取出第i帧的梯度
  current_code_id_[i]相当于取第i帧对应的说话人id
  speaker_code_corr_大小=人数*长度，用来存储累加梯度。
  speaker_code_corr_.Row(current_code_id_[i])相当于取出第i帧所对应说话人的累计总梯度
  

• 调整speaker_code_

  for (int32 i = 0; i < spks.size(); i++) {
    speaker_code_.Row(spks[i]).AddVec(-lr, speaker_code_corr_.Row(spks[i]));;
  }
  spks[i]为取出第i个人的id.speaker_code_.Row(spks[i])为取出第i个人的code值
  AddVec(-lr, speaker_code_corr_.Row(spks[i]))与该人的累计梯度相加
  

7. 打印log信息和Write新模型