Merge pull request #532 from qingqing01/cn_doc

Refine use_concepts.rst

Author: qingqing01

doc_cn/concepts/use_concepts.rst

@@ -2,16 +2,18 @@
 PaddlePaddle 基本使用概念
 #########################
 
-PaddlePaddle是一个神经网络学习框架。其单机进程为 :code:`paddle train`。 单机的所有设备使用，均在单机进程内调度完成。 而多机辅助进程 :code:`paddle pserver` 负责联合多个单机进程进行通信，进而充分利用集群的计算资源。 PaddlePaddle同时以 :code:`swig api` 的形式，提供训练结果模型预测的方法和自定义训练流程。
+PaddlePaddle是一个深度学习框架，支持单机模式和多机模式。
 
-下面我们会分别介绍主要进程 :code:`paddle train` 中的一些概念。这些概念会对如何使用PaddlePaddle有一定的帮助。 了解这些概念的前提是，读者已经了解 `基本的神经网络/机器学习原理和概念 <nn.html>`_ 。同时，如果想要了解PaddlePaddle实现中的一些概念，请参考 `PaddlePaddle 编程中的基本概念 <program_concepts.html>`_ 。
+单机模式用命令 ``paddle train`` 可以启动一个trainer进程，单机训练通常只包括一个trainer进程。如果数据规模比较大，希望加速训练，可以启动分布式作业。一个分布式作业里包括若干trainer进程和若干Parameter Server（或称pserver）进程。用命令 ``paddle pserver`` 可以启动 pserver 进程，pserver进程用于协调多个trainer进程之间的通信。
+
+本文首先介绍trainer进程中的一些使用概念，然后介绍pserver进程中概念。
 
 ..	contents::
 
-PaddlePaddle 的进程模型
-=======================
+系统框图
+========
 
-PaddlePaddle进程内嵌了一个 :code:`python` 解释器。 这个 :code:`python` 解释器负责解析用户定义的神经网络配置，和解析用户数据，并将用户数据传入给 PaddlePaddle。
+下图描述了用户使用框图，PaddlePaddle的trainer进程里内嵌了Python解释器，trainer进程可以利用这个解释器执行Python脚本，Python脚本里定义了模型配置、训练算法、以及数据读取函数。其中，数据读取程序往往定义在一个单独Python脚本文件里，被称为数据提供器（DataProvider），通常是一个Python函数。模型配置、训练算法通常定义在另一单独Python文件中, 称为训练配置文件。下面将分别介绍这两部分。
 
 ..	graphviz:: 
 
@@ -30,164 +32,124 @@ PaddlePaddle进程内嵌了一个 :code:`python` 解释器。 这个 :code:`pyth
 		py -> data_provider [dir="back"];
 	}
 
-所以，PaddlePaddle单机训练进程，:code:`paddle train` , 对于用户的主要接口语言为 python。 主要需要用户配置的两个文件为 :code:`DataProvider` 和训练文件 :code:`TrainerConfig` 。
-
-..	_glossary_DataProvider:
-
-DataProvider
-============
+数据提供器
+==========
 
-DataProvider是 :code:`paddle train` 的数据提供器。 它负责将用户的原始数据转换成 PaddlePaddle 可以识别的数据类型。每当 PaddlePaddle 需要新的数据训练时，都会调用 DataProvider 返回数据。 当所有数据读取完一轮后，DataProvider 便返回空数据通知 PaddlePaddle。PaddlePaddle负责在下一轮训练开始前，将DataProvider重置。
+DataProvider是PaddlePaddle系统的数据提供器，将用户的原始数据转换成系统可以识别的数据类型。每当系统需要新的数据训练时, trainer进程会调用DataProvider函数返回数据。当所有数据读取完一轮后，DataProvider返回空数据，通知系统一轮数据读取结束，并且系统每一轮训练开始时会重置DataProvider。需要注意的是，DataProvider是被系统调用，而不是新数据驱动系统，一些随机化噪声添加都应该在DataProvider中完成。
 
-需要注意的是，DataProvider在PaddlePaddle中是被训练逻辑调用的关系， 而不是新的数据驱动训练。并且所有的 :code:`shuffle` , 和一些随机化的噪声添加，都应该在 DataProvider 阶段完成。
-
-为了方便用户使用自己的数据格式， PaddlePaddle 提供了 `PyDataProvider`_ 来处理数据。 并且在这个Provider中，PaddlePaddle的 C++ 部分接管了如何shuffle，处理 batch，GPU/CPU通信，双缓冲，异步读取等问题。 用户可以参考 `PyDataProvider`_ 的相关文档，继续深入了解 DataProvider 的使用。
-
-..	_glossary_trainer_config:
-
-训练文件
-========
+在不同的应用里，训练数据的格式往往各不相同。因此，为了用户能够灵活的处理数据，我们提供了Python处理数据的接口，称为 `PyDataProvider`_ 。在 ``PyDataProvider`` 中，系统C++模块接管了shuffle、处理batch、GPU和CPU通信、双缓冲、异步读取等问题，一些情况下(如：``min_pool_size=0``)需要Python接口里处理shuffle，可以参考 `PyDataProvider`_ 的相关文档继续深入了解。
 
-训练文件是PaddlePaddle中配置神经网络结构、学习优化算法、数据传入方式的地方。 训练文件是一个python文件，使用命令行参数 :code:`--config` 传给 paddle 的主程序。 例如\:
 
-..	code-block:: bash
+训练配置文件
+============
 
-	paddle train --config=trainer_config.py
+训练配置文件主要包括数据源、优化算法、网络结构配置三部分。 其中数据源配置与DataProvider的关系是：DataProvider里定义数据读取函数，训练配置文件的数据源配置中指定DataProvider文件名字、生成数据函数接口，请不要混淆。
 
-一个典型简单的训练文件可能为
+一个简单的训练配置文件为：
 
 ..  literalinclude:: trainer_config.py
     :linenos:
 
-下面我们详细的介绍一下训练文件中各个模块的概念。
+文件开头 ``from paddle.trainer_config_helpers import *`` ，是因为PaddlePaddle配置文件与C++模块通信的最基础协议是protobuf，为了避免用户直接写复杂的protobuf string，我们为用户定以Python接口来配置网络，该Python代码可以生成protobuf包，这就是`trainer_config_helpers`_的作用。因此，在文件的开始，需要import这些函数。 这个包里面包含了模型配置需要的各个模块。
 
+下面分别介绍数据源配置、优化算法配置、网络结构配置这三部分该概念。
 
-trainer_config_helpers
-----------------------
+数据源配置
+----------
 
-PaddlePaddle的配置文件与PaddlePaddle C++端通信的最基础协议是 :code:`protobuf` 。而为了避免用户直接写比较难写的 protobuf string，我们书写了一个helpers来生成这个protobuf包。所以在文件的开始，import这些helpers函数。
+使用 `PyDataProvider`_ 的函数 ``define_py_data_sources2`` 配置数据源。``define_py_data_sources2`` 里通过train_list和test_list指定是训练文件列表和测试文件列表。 如果传入字符串的话，是指一个数据列表文件。这个数据列表文件中包含的是每一个训练或者测试文件的路径。如果传入一个list的话，则会默认生成一个list文件，再传入给train.list或者test.list。
 
-需要注意的是，这个 :code:`paddle.trainer_config_helpers` 包是标准的python包，这意味着用户可以选择自己喜欢的 :code:`ide` 或者编辑器来编写Paddle的配置文件，这个python包注释文档比较完善，并且考虑了IDE的代码提示与类型注释。
+``module`` 和 ``obj`` 指定了DataProvider的文件名和返回数据的函数名。更详细的使用，请参考 `PyDataProvider`_ 。
 
-data_sources
+优化算法配置
 ------------
 
-data_sources是配置神经网络的数据源。这里使用的函数是 :code:`define_py_data_sources2` ，这个函数是定义了使用 `PyDataProvider`_ 作为数据源。 而后缀 :code:`2` 是Paddle历史遗留问题，因为Paddle之前使用的 PyDataProvider 性能较差，所以完全重构了一个新的 `PyDataProvider`_ 。
-
-data_sources里面的 train_list 和 test_list 指定的是训练文件列表和测试文件列表。 如果传入一个字符串的话，是指一个训练列表文件。这个训练列表文件中包含的是每一个训练或者测试文件的路径。如果传入一个list的话，则会默认生成一个 list 文件，再传入给 train.list 或者 test.list 。
-
-而 :code:`module` 和 :code:`obj` 指定了 DataProvider 的模块名和函数名。
+通过 `settings`_ 接口设置神经网络所使用的训练参数和 `优化算法`_ ，包括学习率、batch_size、优化算法、正则方法等，具体的使用方法请参考 `settings`_ 文档。
 
-更具体的使用，请参考 `PyDataProvider`_ 。
-
-settings
---------
-
-`settings`_ 是神经网络训练算法相关的设置项。包括学习率，batch_size，优化算法，正则方法等等。具体的使用方法请参考 `settings`_ 文档。
+网络结构配置
+------------
 
-网络配置
---------
+神经网络配置主要包括网络连接、激活函数、损失函数、评估器。
 
-上述网络配置中余下的部分均是神经网络配置。第一行是定义一个名字叫 "pixel" 的 :code:`data_layer` 。每一个layer返回的都是一个 :code:`LayerOutput` 对象。 这里第一层的输出对象是 :code:`img` 。然后这个对象传输给了另一个 layer 函数，
-:code:`simple_img_conv_pool` 。:code:`simple_img_conv_pool` 是一个组合层，
-包括了图像的卷积 (convolution) 和池化(pooling)，
-并继续接了一个全连接层( :code:`fc_layer` )，然后再接了一个Softmax的全连接层。
+- 网络连接： 主要由Layer组成，每个Layer返回的都是一个 ``LayerOutput`` 对象，Layer里面可以定义参数属性、激活类型等。
 
-最终，网络配置输出了 :code:`classification_cost` 。标记网络输出的函数为 
-:code:`outputs` 。网络的输出是神经网络的优化目标，神经网络训练的时候，实际上就是
-要最小化这个输出。
+  为了更灵活的配置，PaddlePaddle提供了基于 Projection 或者 Operator 的配置，这两个需要与 ``mixed_layer`` 配合使用。这里简单介绍Layer、Projection、Operator的概念:
 
-在神经网络进行预测的时候，实际上网络的输出也是通过 :code:`outputs` 标记。
+  - Layer: 神经网络的某一层，可以有可学习的参数，一般是封装了许多复杂操作的集合。
+  - Projection：需要与 ``mixed_layer`` 配合使用，含可学习参数。
+  - Operator： 需要与 ``mixed_layer`` 配合使用，不含可学习参数，输入全是其他Layer的输出。
 
+ 
+  这个配置文件网络由 ``data_layer`` 、 ``simple_img_conv_pool`` 、 ``fc_layer`` 组成。
 
-Layer、Projection、Operator
-===========================
+  - `data_layer`_  ： 通常每个配置文件都会包括 ``data_layer`` ，定义输入数据大小。
+  - `simple_img_conv_pool`_ ：是一个组合层，包括了图像的卷积 (convolution)和池化(pooling)。
+  - `fc_layer`_ ：全连接层，激活函数为Softmax，这里也可叫分类层。
 
-PaddlePaddle的网络基本上是基于Layer来配置的。所谓的Layer即是神经网络的某一层，
-而神经网络的某一层，一般是封装了许多复杂操作的操作集合。比如最简单的
-:code:`fc_layer` ，也包括矩阵乘法，多输入的求和，和activation。
+  
+- 损失函数和评估器：损失函数即为网络的优化目标，评估器可以评价模型结果。
 
-..	code-block:: python
+  PaddlePaddle包括很多损失函数和评估起，详细可以参考 `损失函数层`_ 和 `评估器`_ 。这里 ``classification_cost`` 默认使用多类交叉熵损失函数和分类错误率统计评估器。
+  
+- ``outputs``: 标记网络输出的函数为 ``outputs`` 。
 
-	data = data_layer(name='data', size=200)
-	out = fc_layer(input=data, size=200, act=TanhActivation())
+  训练阶段，网络的输出为神经网络的优化目标；预测阶段，网络的输出也可通过 ``outputs`` 标记。
 
-而对于更灵活配置需求，可能这样基于Layer的配置是不灵活的。于是 PaddlePaddle 提供
-了基于 Projection 或者 Operator 的配置。使用Projection和Operator需要与
-:code:`mixed_layer` 配合使用。 :code:`mixed_layer` 是将layer中的元素累加求和，
-并且做一个 :code:`activation` ， 而这个layer具体如何计算，是交由内部的Projection
-和 Operator 定义。Projection是指含有可学习参数的操作，而Operator不含有可学习的
-参数，输入全是其他Layer的输出。
 
+这里对 ``mixed_layer`` 稍做详细说明， 该Layer将多个输入(Projection 或 Operator)累加求和，具体计算是通过内部的 Projection 和 Operator 完成，然后加 Bias 和 activation 操作，
 
-例如，和 :code:`fc_layer` 同样功能的 :code:`mixed_layer` 。
+例如，和 ``fc_layer`` 同样功能的 ``mixed_layer`` 是:
 
 ..	code-block:: python
+   
+   	data = data_layer(name='data', size=200)
+   	with mixed_layer(size=200) as out:
+   		out += full_matrix_projection(input=data)
 
-	data = data_layer(name='data', size=200)
-	with mixed_layer(size=200) as out:
-		out += full_matrix_projection(input=data)
+PaddlePaddle 可以使用 ``mixed layer`` 配置出非常复杂的网络，甚至可以直接配置一个完整的LSTM。用户可以参考 `mixed_layer`_ 的相关文档进行配置。
 
-PaddlePaddle可以使用的mixed layer 配置出非常复杂的网络，甚至可以直接配置一个完整的LSTM。
-用户可以参考 `mixed_layer`_ 的相关文档进行配置。
 
-如何利用单机的所有GPU或所有CPU核心
-==================================
+分布式训练
+==========
 
-PaddlePaddle的单机进程 :code:`paddle train` 可以充分利用一台计算机上所有的GPU资
-源或者CPU。
-
-如果要使用机器上多块GPU，使用如下命令即可\:
-
-..	code-block:: bash
-
-	paddle train --use_gpu=true --trainer_count=4  # use 4 gpu card, 0, 1, 2, 3
-
-如果要使用机器上多块CPU, 使用如下命令即可\:
-
-..	code-block:: bash
-
-	paddle train --trainer_config=4  # use 4 cpu cores.
-
-对于其他设置GPU的选择情况，例如选择第0、2号GPU显卡，则可以使用 :code:`CUDA_VISIBLE_DEVICES` 环境变量来选择部分的显卡。 具体可以参考连接`masking-gpus`_ 。 可以使用的命令为
-
-..	code-block:: bash
-
-	env CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,2 paddle train --use_gpu=true --trainer_config=2
-
-如何利用多台机器的计算资源训练神经网络
-======================================
-
-PaddlePaddle多机使用的经典方法是通过 :code:`Parameter Server` 来对多机的 :code:`paddle train` 进行同步。 而多机训练神经网络，首先要讲数据切分到不同的机器上。 切分数据文件的方式在PaddlePaddle的开源实现中并没有提供工具包。 但是切分数据并不是一件非常复杂的事情，也不是神经网络实现的重点。
-
-多机训练过程中，经典的拓扑结构如下\:
+PaddlePaddle多机采用经典的 Parameter Server 架构对多个节点的 trainer 进行同步。多机训练的经典拓扑结构如下\:
 
 ..	graphviz:: pserver_topology.dot
 
-图中每个灰色方块是一台机器，在每个机器中，先去启动一个 :code:`paddle pserver` 进程，并确定整体的端口号。可能的参数是\:
+图中每个灰色方块是一台机器，在每个机器中，先使用命令 ``paddle pserver`` 启动一个pserver进程，并指定端口号，可能的参数是\:
 
 ..	code-block:: bash
 
-	paddle pserver --port=5000 --num_gradient_servers=4 --nics='eth0'
+	paddle pserver --port=5000 --num_gradient_servers=4 --tcp_rdma='tcp' --nics='eth0'
+
+* ``--port=5000`` : 指定 pserver 进程端口是 5000 。
+* ``--gradient_servers=4`` : 有四个训练进程(PaddlePaddle 将 trainer 也称作 GradientServer ，因为其为负责提供Gradient) 。
+* ``--tcp_rdma='tcp' --nics=`eth0```: 指定以太网类型为TCP网络，指定网络接口名字为eth0。
 
-这里说明系统的 :code:`paddle pserver` 的起始端口是 :code:`5000` ，并且有四个训练进程(:code:`gradient_servers`，Paddle同时将 :code:`paddle train` 进程称作 :code:`GradientServer` 。因为其为负责提供Gradient的进程)。 而对于训练进程的话，则需要在 :code:`paddle pserver` 启动之后，再在各个节点上运行如下命令\:
+启动之后 pserver 进程之后，需要启动 trainer 训练进程，在各个机器上运行如下命令\:
 
 ..	code-block:: bash
 
 	paddle train --port=5000 --pservers=192.168.100.101,192.168.100.102,192.168.100.103,192.168.100.104 --config=...
 
-对于简单的多机协同使用上述方式即可。同时，pserver/train 通常在高级情况下，还有两个参数需要设置，他们是
+对于简单的多机协同训练使用上述方式即可。另外，pserver/train 通常在高级情况下，还需要设置下面两个参数\：
 
-* --ports_num\: 一个 pserver进程共绑定多少个端口用来做稠密更新。默认是1
-* --ports_num_for_sparse\: 一个pserver进程共绑定多少端口用来做稀疏更新，默认是0
+* --ports_num\: 一个 pserver 进程共绑定多少个端口用来做稠密更新，默认是1。
+* --ports_num_for_sparse\: 一个pserver进程共绑定多少端口用来做稀疏更新，默认是0。
 
-使用手工指定端口数量，是因为Paddle的网络通信中，使用了 :code:`int32` 作为消息长度，比较容易在大模型下溢出。所以，在 :code:`paddle pserver` 进程中可以启动多个子线程去接受 trainer 的数据，这样单个子线程的长度就不会溢出了。但是这个值不可以调的过大，因为增加这个值，还是对性能，尤其是内存占用有一定的开销的，另外稀疏更新的端口如果太大的话，很容易某一个参数服务器没有分配到任何参数。
+使用手工指定端口数量，是因为Paddle的网络通信中，使用了 int32 作为消息长度，比较容易在大模型下溢出。所以，在 pserver 进程中可以启动多个子线程去接受 trainer 的数据，这样单个子线程的长度就不会溢出了。但是这个值不可以调的过大，因为增加这个值，对性能尤其是内存占用有一定的开销，另外稀疏更新的端口如果太大的话，很容易导致某一个参数服务器没有分配到任何参数。
 
 详细的说明可以参考，使用 `集群训练Paddle`_ 。
 
 
 ..  _PyDataProvider: ../ui/data_provider/pydataprovider2.html
-..	_settings: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/optimizers.html#settings
-..	_mixed_layer: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#mixed-layer
-..	_masking-gpu: http://www.acceleware.com/blog/cudavisibledevices-masking-gpus
+.. _settings: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/optimizers.html#settings
+.. _优化算法: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/optimizers.html#optimizers
+.. _trainer_config_helper: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/index.html
+.. _data_layer: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#data-layer
+.. _simple_img_conv_pool: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/networks.html#simple-img-conv-pool
+.. _fc_layer: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#fc-layer
+.. _损失函数层: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#cost-layers
+.. _评估器: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/evaluators.html
+.. _mixed_layer: ../../doc/ui/api/trainer_config_helpers/layers.html#mixed-layer
 ..  _集群训练Paddle: ../cluster/index.html