翻译自：http://cv-tricks.com/tensorflow-tutorial/save-restore-tensorflow-models-quick-complete-tutorial/
在这篇tensorflow教程中，我会解释：
1） Tensorflow的模型（model）长什么样子？
2） 如何保存tensorflow的模型？
3） 如何恢复一个tensorflow模型来用于预测或者迁移学习？
4） 如何使用预训练好的模型（imported pretrained models）来用于fine-tuning和 modification
1. Tensorflow模型是什么？
当你已经训练好一个神经网络之后，你想要保存它，用于以后的使用，部署到产品里面去。所以，Tensorflow模型是什么？Tensorflow模型主要包含网络的设计或者图（graph），和我们已经训练好的网络参数的值。因此Tensorflow模型有两个主要的文件：
A） Meta graph:
这是一个保存完整Tensorflow graph的protocol buffer，比如说，所有的 variables, operations, collections等等。这个文件的后缀是 .meta 。
B） Checkpoint file:
这是一个包含所有权重（weights），偏置（biases），梯度（gradients）和所有其他保存的变量（variables）的二进制文件。它包含两个文件：
mymodel.data-00000-of-00001
mymodel.index
其中，.data文件包含了我们的训练变量。
另外，除了这两个文件，Tensorflow有一个叫做checkpoint的文件，记录着已经最新的保存的模型文件。
注：Tensorflow 0.11版本以前，Checkpoint file只有一个后缀名为.ckpt的文件。
因此，总结来说，Tensorflow（版本0.10以后）模型长这个样子：
Tensorflow版本0.11以前，只包含以下三个文件：
inception_v1.meta
inception_v1.ckpt
checkpoint
接下来说明如何保存模型。
2. 保存一个Tensorflow模型
当网络训练结束时，我们要保存所有变量和网络结构体到文件中。在Tensorflow中，我们可以创建一个tf.train.Saver() 类的实例，如下：
saver = tf.train.Saver()
由于Tensorflow变量仅仅只在session中存在，因此需要调用save方法来将模型保存在一个session中。
saver.save(sess, 'my-test-model')
在这里，sess是一个session对象，其中my-test-model是你给模型起的名字。下面是一个完整的例子：
import tensorflow as tf w1 = tf.Variable(tf.random_normal(shape=[2]), name='w1') w2 = tf.Variable(tf.random_normal(shape=[5]), name='w2') saver = tf.train.Saver() sess = tf.Session() sess.run(tf.global_variables_initializer()) saver.save(sess, 'my_test_model') # This will save following files in Tensorflow v >= 0.11 # my_test_model.data-00000-of-00001 # my_test_model.index # my_test_model.meta # checkpoint
如果我们想在训练1000次迭代之后保存模型，可以使用如下方法保存
saver.save(sess, 'my_test_model',global_step=1000)
这个将会在模型名字的后面追加上‘-1000’，下面的文件将会被创建：
my_test_model-1000.index
my_test_model-1000.meta
my_test_model-1000.data-00000-of-00001
checkpoint
由于网络的图（graph）在训练的时候是不会改变的，因此，我们没有必要每次都重复保存.meta文件，可以使用如下方法：
saver.save(sess, 'my-model',global_step=step,write_meta_graph=False)
如果你只想要保存最新的4个模型，并且想要在训练的时候每2个小时保存一个模型，那么你可以使用max_to_keep 和 keep_checkpoint_every_n_hours，如下所示：
#saves a model every 2 hours and maximum 4 latest models are saved. saver = tf.train.Saver(max_to_keep=4, keep_checkpoint_every_n_hours=2)
注意到，我们在tf.train.Saver()中并没有指定任何东西，因此它将保存所有变量。如果我们不想保存所有的变量，只想保存其中一些变量，我们可以在创建tf.train.Saver实例的时候，给它传递一个我们想要保存的变量的list或者字典。示例如下：
import tensorflow as tf w1 = tf.Variable(tf.random_normal(shape=[2]), name='w1') w2 = tf.Variable(tf.random_normal(shape=[5]), name='w2') saver = tf.train.Saver([w1,w2]) sess = tf.Session() sess.run(tf.global_variables_initializer()) saver.save(sess, 'my_test_model',global_step=1000)
3. 导入一个已经训练好的模型
如果你想要使用别人已经训练好的模型来fine-tuning，那么你需要做两个步骤：
A）创建网络Create the network:
你可以通过写python代码，来手动地创建每一个、每一层，使得跟原始网络一样。
但是，如果你仔细想的话，我们已经将模型保存在了 .meta 文件中，因此我们可以使用tf.train.import()函数来重新创建网络，使用方法如下：
saver = tf.train.import_meta_graph('my_test_model-1000.meta')
注意，这仅仅是将已经定义的网络导入到当前的graph中，但是我们还是需要加载网络的参数值。
B）加载参数Load the parameters
我们可以通过调用restore函数来恢复网络的参数，如下：
with tf.Session() as sess: new_saver = tf.train.import_meta_graph('my_test_model-1000.meta') new_saver.restore(sess, tf.train.latest_checkpoint('./'))
在这之后，像w1和w2的tensor的值已经被恢复，并且可以获取到：
with tf.Session() as sess: saver = tf.train.import_meta_graph('my-model-1000.meta') saver.restore(sess,tf.train.latest_checkpoint('./')) print(sess.run('w1:0')) ##Model has been restored. Above statement will print the saved value of w1.
上面介绍了如何保存和恢复一个Tensorflow模型。下面介绍一个加载任何预训练模型的实用方法。
4. Working with restored models
下面介绍如何恢复任何一个预训练好的模型，并使用它来预测，fine-tuning或者进一步训练。当你使用Tensorflow时，你会定义一个图（graph），其中，你会给这个图喂（feed）训练数据和一些超参数（比如说learning rate，global step等）。下面我们使用placeholder建立一个小的网络，然后保存该网络。注意到，当网络被保存时，placeholder的值并不会被保存。
import tensorflow as tf #Prepare to feed input, i.e. feed_dict and placeholders w1 = tf.placeholder("float", name="w1") w2 = tf.placeholder("float", name="w2") b1= tf.Variable(2.0,name="bias") feed_dict ={w1:4,w2:8} #Define a test operation that we will restore w3 = tf.add(w1,w2) w4 = tf.multiply(w3,b1,name="op_to_restore") sess = tf.Session() sess.run(tf.global_variables_initializer()) #Create a saver object which will save all the variables saver = tf.train.Saver() #Run the operation by feeding input print sess.run(w4,feed_dict) #Prints 24 which is sum of (w1+w2)*b1 #Now, save the graph saver.save(sess, 'my_test_model',global_step=1000)
现在，我们想要恢复这个网络，我们不仅需要恢复图（graph）和权重，而且也需要准备一个新的feed_dict，将新的训练数据喂给网络。我们可以通过使用graph.get_tensor_by_name()方法来获得已经保存的操作（operations）和placeholder variables。
#How to access saved variable/Tensor/placeholders w1 = graph.get_tensor_by_name("w1:0") ## How to access saved operation op_to_restore = graph.get_tensor_by_name("op_to_restore:0")
如果我们仅仅想要用不同的数据运行这个网络，可以简单的使用feed_dict来将新的数据传递给网络。
import tensorflow as tf sess=tf.Session() #First let's load meta graph and restore weights saver = tf.train.import_meta_graph('my_test_model-1000.meta') saver.restore(sess,tf.train.latest_checkpoint('./')) # Now, let's access and create placeholders variables and # create feed-dict to feed new data graph = tf.get_default_graph() w1 = graph.get_tensor_by_name("w1:0") w2 = graph.get_tensor_by_name("w2:0") feed_dict ={w1:13.0,w2:17.0} #Now, access the op that you want to run. op_to_restore = graph.get_tensor_by_name("op_to_restore:0") print sess.run(op_to_restore,feed_dict) #This will print 60 which is calculated #using new values of w1 and w2 and saved value of b1.
如果你想要给graph增加更多的操作（operations）然后训练它，可以像如下那么做：
import tensorflow as tf sess=tf.Session() #First let's load meta graph and restore weights saver = tf.train.import_meta_graph('my_test_model-1000.meta') saver.restore(sess,tf.train.latest_checkpoint('./')) # Now, let's access and create placeholders variables and # create feed-dict to feed new data graph = tf.get_default_graph() w1 = graph.get_tensor_by_name("w1:0") w2 = graph.get_tensor_by_name("w2:0") feed_dict ={w1:13.0,w2:17.0} #Now, access the op that you want to run. op_to_restore = graph.get_tensor_by_name("op_to_restore:0") #Add more to the current graph add_on_op = tf.multiply(op_to_restore,2) print sess.run(add_on_op,feed_dict) #This will print 120.
但是，你可以只恢复旧的graph的一部分，然后插入一些操作用于fine-tuning？当然可以。仅仅需要通过 by graph.get_tensor_by_name() 方法来获取合适的operation，然后在这上面建立graph。下面是一个实际的例子，我们使用meta graph 加载了一个预训练好的vgg模型，并且在最后一层将输出个数改成2，然后用新的数据fine-tuning。
...... ...... saver = tf.train.import_meta_graph('vgg.meta') # Access the graph graph = tf.get_default_graph() ## Prepare the feed_dict for feeding data for fine-tuning #Access the appropriate output for fine-tuning fc7= graph.get_tensor_by_name('fc7:0') #use this if you only want to change gradients of the last layer fc7 = tf.stop_gradient(fc7) # It's an identity function fc7_shape= fc7.get_shape().as_list() new_outputs=2 weights = tf.Variable(tf.truncated_normal([fc7_shape[3], num_outputs], stddev=0.05)) biases = tf.Variable(tf.constant(0.05, shape=[num_outputs])) output = tf.matmul(fc7, weights) + biases pred = tf.nn.softmax(output) # Now, you run this with fine-tuning data in sess.run()
