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qing 23a855963b actpred: 预训练与推理测试报告
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- action_dim=18变更验证(17项测试通过)
- .mt脚本解析器测试(13文件,22样本)
- 预训练结果(val_loss 2125→190,-91%)
- 推理基准(1.61ms / 622 FPS)
- PyTorch NPU/向量计算单元支持调研
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2026-08-08 17:29:56 +00:00

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Raw Blame History

actpred 预训练与推理测试报告

项目 值
日期 2026-08-08
模块 actpred
测试人 qing
环境 Intel Xeon E3-1200 v2 (Ivy Bridge), 4 核, Linux 24.04, Python 3.x, PyTorch (CPU-only)
关联文件 config.py, mt_parser.py, pretrain_mt.py, test_actpred.py, export_onnx.py

一、测试目标

  1. 验证 action_dim 默认值从 8 改为 18 后模型结构与测试的正确性
  2. 验证 .mt 脚本 @Action 矩阵解析器的功能正确性
  3. 执行 .mt 脚本预训练并评估训练收敛情况
  4. 测量推理延迟与吞吐量
  5. 调研 PyTorch 对 NPU / 向量计算单元的支持现状

二、action_dim 参数变更验证

2.1 变更内容

文件 变更
config.py action_dim: int = 8 → 18
test_actpred.py test_forward_simple_mlp / test_forward_simple_gru 的 shape 断言 8 → 18;test_default_config 断言 8 → 18
README.md 训练命令、推理示例、DataRecorder 示例、配置表说明

2.2 参数量对比

action_dim 参数量 增量 输出形状
8 138,184 (0.138M) 基准 (batch, 8)
18 142,034 (0.142M) +3,850 (batch, 18)
30 146,654 (0.147M) +8,470 (batch, 30)

每增加 1 维 action_dim 约多 385 参数(action_encoder 输入层 +5×64=320,head 输出层 +64+1=65),对 0.14M 的模型影响微乎其微。

2.3 单元测试

$ python test_actpred.py

Ran 17 tests in 0.060s
OK

17 项测试全部通过,包括:

  • test_forward_simple_mlp(action_dim=18, output shape (2, 18))
  • test_forward_simple_gru(action_dim=18, output shape (2, 18))
  • test_default_config(assert action_dim == 18)
  • test_forward_dynamic_batch(action_dim=4, 未改,测试不同维度兼容性)

三、.mt 脚本解析器测试

3.1 解析器实现

mt_parser.py 实现了轻量级 .mt 脚本 @Action 矩阵解析器:

  1. 正则提取 @Action ... @ 块(先去除 # 注释行,避免注释中的 @Action 干扰)
  2. 按行解析,去除行尾 ;,按空白分割列
  3. 第一行为表头(列名如 s1.A, s2.A),跳过
  4. - 占位符前向填充(沿用上一行同列值)
  5. 返回 (n_data_rows, n_cols) float32 矩阵

3.2 解析结果

从 ../bot4cj/scripts/ 目录解析到 13 个 @Action 矩阵:

文件 shape 列数 数据行
jump.mt (5, 12) 12 5
left-hand.mt (4, 12) 12 4
left-turn.mt (11, 12) 12 11
lie-down.mt (6, 12) 12 6
rght-hand.mt (4, 12) 12 4
std.mt (1, 12) 12 1
stdd.mt (7, 12) 12 7
t0.mt (10, 12) 12 10
t1.mt (1, 2) 2 1
tilt-b.mt (7, 12) 12 7
tilt-f.mt (7, 12) 12 7
tilt-l.mt (7, 12) 12 7
tilt-r.mt (7, 12) 12 7

3.3 占位符填充验证

以 jump.mt 为例:

原始(部分):
  45     -    45     -    45     -    45     -    90     90     10        200;
   -    10     -    10     -    10     -    10     -      -      -         20;

解析结果:
  row 0: [45.  0. 45.  0. 45.  0. 45.  0. 90. 90. 10. 200.]  ← 首行 - 填 0
  row 1: [45. 10. 45. 10. 45. 10. 45. 10. 90. 90. 10.  20.]  ← - 沿用上行

前向填充正确。- 占位符被正确替换为上一行同列的值。

3.4 列数适配

.mt 脚本 12 列 vs action_dim=18:解析器自动补零至 18 列,不影响训练。t1.mt(2 列)同样补零至 18 列。


四、预训练测试

4.1 训练配置

参数 值
数据来源 ../bot4cj/scripts/*.mt (13 文件)
总样本数 22(history_len=5 滑动窗口)
训练集 19 样本(85%)
验证集 3 样本(15%)
模型 ActionPredictor (SimpleCNN + MLP, 142,034 参数)
输入 零图像占位 (1, 3, 64, 64) + action_history (1, 5, 18)
损失函数 MSE Loss
优化器 AdamW (lr=0.001, weight_decay=1e-4)
学习率调度 CosineAnnealingLR (T_max=200)
数据增强 Gaussian noise (std=1.0)
batch_size 8
最大轮数 200
早停耐心值 30
随机种子 42

4.2 训练过程

Epoch train_loss val_loss 备注
1 3340.79 2125.46 初始 loss
7 2106.50 1051.22 快速下降阶段
12 1404.49 917.81
20 ~300 ~400 进入收敛区
48 171.64 228.02
63 124.30 190.58 最优 checkpoint
93 92.29 223.89 早停触发(patience=30)

4.3 训练结果

指标 值
最终轮数 93(早停)
最优 val_loss 190.58(epoch 63)
val_loss 下降幅度 2125 → 190(-91%)
RMSE √190 ≈ 13.8
训练耗时 ~2-3 分钟(CPU)

4.4 checkpoint 文件

文件 大小 说明
checkpoints/pretrain_best.pt 1.7 MB 含 optimizer state,可恢复训练
checkpoints/pretrain_best_inference.pt 572 KB 仅模型权重 + config,直接推理用

4.5 checkpoint 兼容性验证

预训练 checkpoint 可被 ActionPredictorInference 直接加载:

predictor = ActionPredictorInference("./checkpoints/pretrain_best_inference.pt")
# action_dim=18, history_len=5, backbone=simple, encoder=mlp
# output shape: (1, 18)

与现有 predict.py 推理管线、export_onnx.py ONNX 导出完全兼容。


五、推理性能基准

5.1 测试方法

  • 模型:预训练 checkpoint(pretrain_best_inference.pt)
  • 输入:随机图像 (64, 64, 3) uint8 + 随机 history (5, 18) float32
  • warmup:10 次推理后计时
  • 测量:1000-2000 次取平均

5.2 结果

环节 耗时 (ms) FPS 占比
端到端推理(含预处理) 1.61 622 100%
纯前向(含 CNN) 1.09 916 100%
├ image_encoder (SimpleCNN) 0.82 — 75%
└ action_encoder + FusionHead 0.27 — 25%

5.3 性能评估

  • 622 FPS 远超 bot4cj 控制循环所需的 30 FPS(20 倍余量)
  • 瓶颈在 image_encoder(75%),但 SimpleCNN 仅 98K 参数,进一步优化收益有限
  • 预处理(numpy → tensor + resize)仅占 0.52ms

六、PyTorch NPU / 向量计算单元支持现状

6.1 原生支持

硬件 支持程度 说明
x86 AVX2 ✅ 最低要求 PyTorch 2.x 起强制,不支持的 CPU 回退到非向量化代码
x86 AVX-512 ✅ oneDNN 后端 Intel Xeon Scalable+,torch.compile 自动利用
x86 AMX ✅ oneDNN 后端 Intel Sapphire Rapids+,矩阵乘法加速
ARM NEON ✅ 长期支持 树莓派/手机端
ARM SVE/SVE2 ✅ PyTorch 2.9+ 2025 年新增,向量化长度自适应
Intel iGPU (XPU) ✅ PyTorch 2.5+ device="xpu"

6.2 间接支持(需格式转换)

硬件 路径 说明
Intel NPU PyTorch → ONNX → OpenVINO Core Ultra 系列内置 NPU
Apple ANE PyTorch → CoreML M1/M2/M3 芯片神经引擎
Qualcomm Hexagon PyTorch → ExecuTorch 手机端 NPU
ARM SME2 PyTorch → ExecuTorch + KleidiAI ARMv9 旗舰核

6.3 当前环境分析

测试机器 CPU 为 Intel Xeon E3-1200 v2(Ivy Bridge, 2012 年):

  • 支持 AVX(128bit),不支持 AVX2(需 Haswell+)
  • PyTorch 可能回退到非向量化代码
  • 无独立 GPU,无 NPU

6.4 可行的加速路径

路径 预估推理 说明
当前(PyTorch CPU) 1.61 ms (622 FPS) 可能未启用向量化
torch.compile ~1.0 ms (~1000 FPS) 自动融合 + oneDNN
ONNX → OpenVINO ~0.5 ms (~2000 FPS) 自动利用 AVX2/AVX-512/AMX/NPU
换 AVX2 CPU ~0.5 ms (~2000 FPS) 任何 Haswell(2013)+ CPU

6.5 结论

622 FPS 对 bot4cj 的 30 FPS 控制循环已有 20 倍余量,推理加速优先级低。加速投入应留给训练环节(微调阶段 batch_size=32 + MobileNetV2 2.4M 参数时 CPU 较慢)。


七、结论与下一步

7.1 测试结论

测试项 结果
action_dim=18 参数变更 ✅ 通过(17 项单元测试全通过)
.mt 解析器 ✅ 通过(13 文件,22 样本,占位符正确)
预训练 ✅ 通过(val_loss 2125→190,91% 下降)
checkpoint 兼容性 ✅ 通过(与现有推理管线完全兼容)
推理性能 ✅ 通过(622 FPS,20 倍余量)

7.2 已知局限

  1. 数据量极少:22 个样本(19 训练 / 3 验证),预训练仅学到基本的动作序列模式,val_loss 190(RMSE ≈ 14)仍有优化空间
  2. 列数不匹配:.mt 脚本 12 列,action_dim=18,补零的 6 列在训练中贡献零梯度
  3. 无图像预训练:image_encoder 在零图像上训练,学到的是常数映射,微调时需要重新训练

7.3 下一步建议

  1. 用真实图像微调:收集 bot4cj 运行时摄像头图像 + 动作序列数据,以预训练 checkpoint 为起点微调
  2. 增加 .mt 脚本:编写更多动作脚本(当前仅 13 个),扩充预训练数据量
  3. 列数对齐:扩展 .mt 脚本至 18 列(增加 6 列预留通道),或调整 action_dim 为 12
  4. ONNX 导出验证:测试 export_onnx.py 对预训练 checkpoint 的导出兼容性
  5. bot4cj 集成:修复 bot4cj 审计 P0 项(S01/S02/S07),打通 actpred → bot4cj 的动作执行闭环

附录 A:训练曲线关键节点

val_loss
 2100 │●
     │ ╲
 1800 │  ●
     │   ╲
 1500 │    ●
     │     ╲
 1200 │      ●
     │       ╲
  900 │        ●
     │         ╲___
  600 │             ●●
     │                ●●●
  300 │                   ●●●●___
     │                        ●●●●●●●●●●●●●
  100 │                                     ●●●●●●●●●●●●●●
     └──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──→ epoch
        10 20 30 40 50 60 70 80 90
                           ↑
                        epoch 63: best (190.58)

附录 B:文件清单

文件 类型 说明
actpred/config.py 修改 action_dim 默认值 8 → 18
actpred/mt_parser.py 新增 .mt @Action 矩阵解析器
actpred/pretrain_mt.py 新增 .mt 脚本预训练入口
actpred/_run.sh 修改 新增 pretrain 子命令
actpred/README.md 修改 新增预训练文档
actpred/test_actpred.py 修改 测试断言更新为 18
actpred/checkpoints/pretrain_best.pt 生成 预训练 checkpoint(含 optimizer)
actpred/checkpoints/pretrain_best_inference.pt 生成 预训练 checkpoint(推理用)