tf.variable和tf.get_Variable以及tf.name_scope和tf.variable_scope的区别

在训练深度网络时，为了减少需要训练参数的个数（比如具有simase结构的LSTM模型）、或是多机多卡并行化训练大数据大模型（比如数据并行化）等情况时，往往需要共享变量。另外一方面是当一个深度学习模型变得非常复杂的时候，往往存在大量的变量和操作，如何避免这些变量名和操作名的唯一不重复，同时维护一个条理清晰的graph非常重要。
因此，tensorflow中用tf.Variable(),tf.get_variable(),tf.Variable_scope(),tf.name_scope()几个函数来实现：

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一、tf.Variable(<variable_name>),tf.get_variable(<variable_name>)的作用与区别：

tf.Variable(<variable_name>)和tf.get_variable(<variable_name>)都是用于在一个name_scope下面获取或创建一个变量的两种方式，区别在于：

1. tf.Variable(<variable_name>)会自动检测命名冲突并自行处理，但tf.get_variable(<variable_name>)则遇到重名的变量创建且变量名没有设置为共享变量时，则会报错。
2. tf.Variable(<variable_name>)用于创建一个新变量，在同一个name_scope下面，可以创建相同名字的变量，底层实现会自动引入别名机制，两次调用产生了其实是两个不同的变量。
   tf.get_variable(<variable_name>)用于获取一个变量，并且不受name_scope的约束。当这个变量已经存在时，则自动获取；如果不存在，则自动创建一个变量。

二、tf.name_scope(<scope_name>)与tf.variable_scope(<scope_name>)的作用与区别：

tf.name_scope(<scope_name>):主要用于管理一个图里面的各种op，返回的是一个以scope_name命名的context manager。一个graph会维护一个name_space的
堆，每一个namespace下面可以定义各种op或者子namespace，实现一种层次化有条理的管理，避免各个op之间命名冲突。

tf.variable_scope(<scope_name>)：一般与tf.name_scope()配合使用，用于管理一个graph中变量的名字，避免变量之间的命名冲突，tf.variable_scope(<scope_name>)允许在一个variable_scope下面共享变量。

代码示例：

在 tf.name_scope下时，tf.get_variable()创建的变量名不受 name_scope 的影响，而且在未指定共享变量时，如果重名会报错，tf.Variable()会自动检测有没有变量重名，如果有则会自行处理。

import tensorflow as tf

with tf.name_scope('name_scope_x'):
    var1 = tf.get_variable(name='var1', shape=[1], dtype=tf.float32)
    var3 = tf.Variable(name='var2', initial_value=[2], dtype=tf.float32)
    var4 = tf.Variable(name='var2', initial_value=[2], dtype=tf.float32)

with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    print(var1.name, sess.run(var1))
    print(var3.name, sess.run(var3))
    print(var4.name, sess.run(var4))
# 输出结果：
# var1:0 [-0.30036557]   可以看到前面不含有指定的'name_scope_x'
# name_scope_x/var2:0 [ 2.]
# name_scope_x/var2_1:0 [ 2.]  可以看到变量名自行变成了'var2_1'，避免了和'var2'冲突

如果使用tf.get_variable()创建变量，且没有设置共享变量，重名时会报错

import tensorflow as tf

with tf.name_scope('name_scope_1'):
    var1 = tf.get_variable(name='var1', shape=[1], dtype=tf.float32)
    var2 = tf.get_variable(name='var1', shape=[1], dtype=tf.float32)
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    print(var1.name, sess.run(var1))
    print(var2.name, sess.run(var2))

# ValueError: Variable var1 already exists, disallowed. Did you mean 
# to set reuse=True in VarScope? Originally defined at:
# var1 = tf.get_variable(name='var1', shape=[1], dtype=tf.float32)

所以要共享变量，需要使用tf.variable_scope()

import tensorflow as tf

with tf.variable_scope('variable_scope_y') as scope:
    var1 = tf.get_variable(name='var1', shape=[1], dtype=tf.float32)
    scope.reuse_variables()  # 设置共享变量
    var1_reuse = tf.get_variable(name='var1')
    var2 = tf.Variable(initial_value=[2.], name='var2', dtype=tf.float32)
    var2_reuse = tf.Variable(initial_value=[2.], name='var2', dtype=tf.float32)

with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    print(var1.name, sess.run(var1))
    print(var1_reuse.name, sess.run(var1_reuse))
    print(var2.name, sess.run(var2))
    print(var2_reuse.name, sess.run(var2_reuse))
# 输出结果：
# variable_scope_y/var1:0 [-1.59682846]
# variable_scope_y/var1:0 [-1.59682846]   可以看到变量var1_reuse重复使用了var1
# variable_scope_y/var2:0 [ 2.]
# variable_scope_y/var2_1:0 [ 2.]