Scheaven
2021-09-18 291deeb1fcf45dbf39a24aa72a213ff3fd6b3405
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
# encoding: utf-8
"""
@author:  liaoxingyu
@contact: sherlockliao01@gmail.com
"""
 
import torch
from torch import nn
from torch.nn.modules.batchnorm import BatchNorm2d
from torch.nn import ReLU, LeakyReLU
from torch.nn.parameter import Parameter
 
 
class TLU(nn.Module):
    def __init__(self, num_features):
        """max(y, tau) = max(y - tau, 0) + tau = ReLU(y - tau) + tau"""
        super(TLU, self).__init__()
        self.num_features = num_features
        self.tau = Parameter(torch.Tensor(num_features))
        self.reset_parameters()
 
    def reset_parameters(self):
        nn.init.zeros_(self.tau)
 
    def extra_repr(self):
        return 'num_features={num_features}'.format(**self.__dict__)
 
    def forward(self, x):
        return torch.max(x, self.tau.view(1, self.num_features, 1, 1))
 
 
class FRN(nn.Module):
    def __init__(self, num_features, eps=1e-6, is_eps_leanable=False):
        """
        weight = gamma, bias = beta
        beta, gamma:
            Variables of shape [1, 1, 1, C]. if TensorFlow
            Variables of shape [1, C, 1, 1]. if PyTorch
        eps: A scalar constant or learnable variable.
        """
        super(FRN, self).__init__()
 
        self.num_features = num_features
        self.init_eps = eps
        self.is_eps_leanable = is_eps_leanable
 
        self.weight = Parameter(torch.Tensor(num_features))
        self.bias = Parameter(torch.Tensor(num_features))
        if is_eps_leanable:
            self.eps = Parameter(torch.Tensor(1))
        else:
            self.register_buffer('eps', torch.Tensor([eps]))
        self.reset_parameters()
 
    def reset_parameters(self):
        nn.init.ones_(self.weight)
        nn.init.zeros_(self.bias)
        if self.is_eps_leanable:
            nn.init.constant_(self.eps, self.init_eps)
 
    def extra_repr(self):
        return 'num_features={num_features}, eps={init_eps}'.format(**self.__dict__)
 
    def forward(self, x):
        """
        0, 1, 2, 3 -> (B, H, W, C) in TensorFlow
        0, 1, 2, 3 -> (B, C, H, W) in PyTorch
        TensorFlow code
            nu2 = tf.reduce_mean(tf.square(x), axis=[1, 2], keepdims=True)
            x = x * tf.rsqrt(nu2 + tf.abs(eps))
            # This Code include TLU function max(y, tau)
            return tf.maximum(gamma * x + beta, tau)
        """
        # Compute the mean norm of activations per channel.
        nu2 = x.pow(2).mean(dim=[2, 3], keepdim=True)
 
        # Perform FRN.
        x = x * torch.rsqrt(nu2 + self.eps.abs())
 
        # Scale and Bias
        x = self.weight.view(1, self.num_features, 1, 1) * x + self.bias.view(1, self.num_features, 1, 1)
        # x = self.weight * x + self.bias
        return x
 
 
def bnrelu_to_frn(module):
    """
    Convert 'BatchNorm2d + ReLU' to 'FRN + TLU'
    """
    mod = module
    before_name = None
    before_child = None
    is_before_bn = False
 
    for name, child in module.named_children():
        if is_before_bn and isinstance(child, (ReLU, LeakyReLU)):
            # Convert BN to FRN
            if isinstance(before_child, BatchNorm2d):
                mod.add_module(
                    before_name, FRN(num_features=before_child.num_features))
            else:
                raise NotImplementedError()
 
            # Convert ReLU to TLU
            mod.add_module(name, TLU(num_features=before_child.num_features))
        else:
            mod.add_module(name, bnrelu_to_frn(child))
 
        before_name = name
        before_child = child
        is_before_bn = isinstance(child, BatchNorm2d)
    return mod
 
 
def convert(module, flag_name):
    mod = module
    before_ch = None
    for name, child in module.named_children():
        if hasattr(child, flag_name) and getattr(child, flag_name):
            if isinstance(child, BatchNorm2d):
                before_ch = child.num_features
                mod.add_module(name, FRN(num_features=child.num_features))
            # TODO bn is no good...
            if isinstance(child, (ReLU, LeakyReLU)):
                mod.add_module(name, TLU(num_features=before_ch))
        else:
            mod.add_module(name, convert(child, flag_name))
    return mod
 
 
def remove_flags(module, flag_name):
    mod = module
    for name, child in module.named_children():
        if hasattr(child, 'is_convert_frn'):
            delattr(child, flag_name)
            mod.add_module(name, remove_flags(child, flag_name))
        else:
            mod.add_module(name, remove_flags(child, flag_name))
    return mod
 
 
def bnrelu_to_frn2(model, input_size=(3, 128, 128), batch_size=2, flag_name='is_convert_frn'):
    forard_hooks = list()
    backward_hooks = list()
 
    is_before_bn = [False]
 
    def register_forward_hook(module):
        def hook(self, input, output):
            if isinstance(module, (nn.Sequential, nn.ModuleList)) or (module == model):
                is_before_bn.append(False)
                return
 
            # input and output is required in hook def
            is_converted = is_before_bn[-1] and isinstance(self, (ReLU, LeakyReLU))
            if is_converted:
                setattr(self, flag_name, True)
            is_before_bn.append(isinstance(self, BatchNorm2d))
 
        forard_hooks.append(module.register_forward_hook(hook))
 
    is_before_relu = [False]
 
    def register_backward_hook(module):
        def hook(self, input, output):
            if isinstance(module, (nn.Sequential, nn.ModuleList)) or (module == model):
                is_before_relu.append(False)
                return
            is_converted = is_before_relu[-1] and isinstance(self, BatchNorm2d)
            if is_converted:
                setattr(self, flag_name, True)
            is_before_relu.append(isinstance(self, (ReLU, LeakyReLU)))
 
        backward_hooks.append(module.register_backward_hook(hook))
 
    # multiple inputs to the network
    if isinstance(input_size, tuple):
        input_size = [input_size]
 
    # batch_size of 2 for batchnorm
    x = [torch.rand(batch_size, *in_size) for in_size in input_size]
 
    # register hook
    model.apply(register_forward_hook)
    model.apply(register_backward_hook)
 
    # make a forward pass
    output = model(*x)
    output.sum().backward()  # Raw output is not enabled to use backward()
 
    # remove these hooks
    for h in forard_hooks:
        h.remove()
    for h in backward_hooks:
        h.remove()
 
    model = convert(model, flag_name=flag_name)
    model = remove_flags(model, flag_name=flag_name)
    return model