Tensorflow模型的格式

转载：https://cloud.tencent.com/developer/article/1009979

tensorflow模型的格式通常支持多种，主要有CheckPoint(*.ckpt)、GraphDef(*.pb)、SavedModel。

1. CheckPoint(*.ckpt)

在训练 TensorFlow 模型时，每迭代若干轮需要保存一次权值到磁盘，称为“checkpoint”，如下图所示：

这种格式文件是由 tf.train.Saver() 对象调用 saver.save() 生成的，只包含若干 Variables 对象序列化后的数据，不包含图结构，所以只给 checkpoint 模型不提供代码是无法重新构建计算图的。

载入 checkpoint 时，调用 saver.restore(session, checkpoint_path)。

缺点：首先模型文件是依赖 TensorFlow 的，只能在其框架下使用；其次，在恢复模型之前还需要再定义一遍网络结构，然后才能把变量的值恢复到网络中。

2. GraphDef(*.pb)

这种格式文件包含 protobuf 对象序列化后的数据，包含了计算图，可以从中得到所有运算符（operators）的细节，也包含张量（tensors）和 Variables 定义，但不包含 Variable 的值，因此只能从中恢复计算图，但一些训练的权值仍需要从 checkpoint 中恢复。下面代码实现了利用 *.pb 文件构建计算图：

TensorFlow 一些例程中用到 *.pb 文件作为预训练模型，这和上面 GraphDef 格式稍有不同，属于冻结（Frozen）后的 GraphDef 文件，简称 FrozenGraphDef 格式。这种文件格式不包含 Variables 节点。将 GraphDef 中所有 Variable 节点转换为常量（其值从 checkpoint 获取），就变为 FrozenGraphDef 格式。代码可以参考 tensorflow/python/tools/freeze_graph.py

*.pb 为二进制文件，实际上 protobuf 也支持文本格式（*.pbtxt），但包含权值时文本格式会占用大量磁盘空间，一般不用。

3. SavedModel

https://juejin.im/post/5bbfedd65188255c9b13d964

https://zhuanlan.zhihu.com/p/31417693

这是谷歌推荐的模型保存方式，它具有语言独立性，可独立运行，封闭的序列化格式，任何语言都可以解析它，它允许其他语言和深度学习框架读取、继续训练和迁移 TensorFlow 的模型。该格式为 GraphDef 和 CheckPoint 的结合体，另外还有标记模型输入和输出参数的 SignatureDef。从 SavedModel 中可以提取 GraphDef 和 CheckPoint 对象。

SavedModel 目录结构如下：

其中 saved_model.pb（或 saved_model.pbtxt）包含使用 MetaGraphDef protobuf 对象定义的计算图；assets 包含附加文件；variables 目录包含 tf.train.Saver() 对象调用 save() API 生成的文件。

以下代码实现了保存 SavedModel：

#创建signature
def signature_def(self):
        inputs = {'char_inputs': tf.saved_model.utils.build_tensor_info(self.char_inputs),
                  'seg_inputs': tf.saved_model.utils.build_tensor_info(self.seg_inputs),
                  'dropout': tf.saved_model.utils.build_tensor_info(self.dropout)}

        outputs = {'decode_tags': tf.saved_model.utils.build_tensor_info(self.decode_tags)}

        return tf.saved_model.signature_def_utils.build_signature_def(inputs=inputs
                    ,outputs=outputs
                    ,method_name=tf.saved_model.signature_constants.PREDICT_METHOD_NAME)

#保存模型
    def save_model(self, sess, signature, save_path):
        builder = tf.saved_model.builder.SavedModelBuilder(save_path)
        builder.add_meta_graph_and_variables(sess, [tf.saved_model.tag_constants.SERVING], {'predict': signature}, clear_devices=True)
        builder.save()

载入 SavedModel：

model = tf.saved_model.loader.load(sess, [tf.saved_model.tag_constants.SERVING], checkpoint_path)
signature = model.signature_def

char_inputs_ = signature['predict'].inputs['char_inputs'].name
seg_inputs_ = signature['predict'].inputs['seg_inputs'].name

dropout_ = signature['predict'].inputs['dropout'].name
decode_tags_ = signature['predict'].outputs['decode_tags'].name
# get tensor
char_inputs = sess.graph.get_tensor_by_name(char_inputs_)
seg_inputs = sess.graph.get_tensor_by_name(seg_inputs_)
dropout = sess.graph.get_tensor_by_name(dropout_)
decode_tags = sess.graph.get_tensor_by_name(decode_tags_)
decode_tags_ = sess.run([decode_tags], feed_dict={char_inputs: inputs[1], seg_inputs:inputs[2], dropout:1.0 })

更多细节可以参考 tensorflow/python/saved_model/README.md。

4. 各模式之间的转换

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47649285

5. 小结

本文总结了 TensorFlow 常见模型格式和载入、保存方法。部署在线服务（Serving）时官方推荐使用 SavedModel 格式，而部署到手机等移动端的模型一般使用 FrozenGraphDef 格式（最近推出的 TensorFlow Lite 也有专门的轻量级模型格式 *.lite，和 FrozenGraphDef 十分类似）。这些格式之间关系密切，可以使用 TensorFlow 提供的 API 来互相转换。