一、VariableScope的reuse模式的设置

1.1节

1、tf.get_variable_scope()可以获得当前的变量域，还可以通过其.name和.reuse来查看其名称和当前是否为reuse模式。

2、变量域有name，变量也有name。默认变量作用域的name为空白字符串。

3、在变量域内命名的变量的name全称为：“变量域的name+变量定义时传入的name”（就像一个文件有名字作为标识符，但是在前面加上绝对路径就是它在整个文件系统中的全局标识符）。

这三点贯穿本文，如果不太清楚，可以直接看后面的多个例子，会不断地体现在代码中。

1.2节

with tf.variable_scope()可以打开一个变量域，有两个关键参数。name_or_scope参数可以是字符串或tf.VariableScope对象，reuse参数为布尔值，传入True表示设置该变量域为reuse模式。

还有一种方法可以将变量域设置为reuse模式，即使用VariableScope对象的reuse_variables()方法，例如tf.get_variable_scope().reuse_variables()可以将当前变量域设置为reuse模式。

with tf.variable_scope('vs1'):
    tf.get_variable_scope().reuse_variables()
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

with tf.variable_scope('vs2',reuse=True):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

'''
"vs1" True
"vs2" True
'''

1.3节

对某变量域设置reuse模式，则reuse模式会被变量域的子域继承

# 注意，默认变量域的名称为空白字符串
tf.get_variable_scope().reuse_variables() # 将默认变量域设置为reuse模式
print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse) # 为了显示空白字符串，在名称两边加上双引号

with tf.variable_scope('vs'): 
	# vs是默认变量域的子域，故虽然没有明确设置vs的模式，但其也更改成了reuse模式
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

'''

输出为：
"" True
"vs" True

'''

1.4节

每次在with块中设置变量域的模式，退出with块就会失效（恢复回原来的模式）。

with tf.variable_scope('vs1'):
    tf.get_variable_scope().reuse_variables()
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

with tf.variable_scope('vs1'):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)


'''

输出为：
"vs1" True
"vs1" False

'''

1.5节

可以使用一个变量域（tf.VariableScope对象）的引用来打开它，这样可以不用准确的记住其name的字符串。下面的例子来自tensorflow官网。

with tf.variable_scope("model") as scope:
  output1 = my_image_filter(input1)
with tf.variable_scope(scope, reuse=True):
  output2 = my_image_filter(input2)

tf.VariableScope对象作为with tf.variable_scope( name_or_scope ):的参数时，该with语句块的模式是该scope对应的模式。（下面的代码同时也展现了前面所说的“继承”和“失效”的现象。）

with tf.variable_scope('vs1'):
    tf.get_variable_scope().reuse_variables()
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    with tf.variable_scope('vs2') as scope: # vs2（全称是vs1/vs2）将会继承vs1的reuse模式
        print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

# 重新用with打开vs1和vs2，他们的reuse模式不受之前with块中的设置的影响
with tf.variable_scope('vs1'): 
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    with tf.variable_scope('vs2'):
        print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

# tf.variable_scope也可以传入tf.VariableScope类型的变量，此处的scope是第4行with语句中定义的
with tf.variable_scope(scope): 
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
# 第二个with中， vs1/vs2的reuse模式为False，即前面所说的退出with块之后reuse模式的设置“失效”
# 但是第三个with中，vs1/vs2的reuse却为True，这是因为当`name_or_scope`参数是tf.VariableScope对象时，
# 其打开的变量域的reuse模式由这个参数scope决定。
# 此处的`scope`在第4行定义，“继承”vs1的reuse，且之后没有改变，所以第三个with打开的就是reuse=True

'''

输出为：
"vs1" True
"vs1/vs2" True
"vs1" False
"vs1/vs2" False
"vs1/vs2" True

'''

二、reuse模式对tf.Variable() 的影响

tf.Variable() 只有新建变量的功能，一个变量域是否为reuse模式不影响tf.Variable()的作用。如果该变量域中已经有同名的变量，则新建的变量会被重命名，加上数字后缀以区分。

print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
v1=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')                                         
v2=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')

tf.get_variable_scope().reuse_variables()
print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)

v3=tf.Variable(tf.constant(1),name='v') # 在reuse模式下使用tf.Variable(),仍然会新建，故v3名称为v_2

print(v1.name)
print(v2.name)
print(v3.name)

'''

输出为：
"" False
"" True
v:0
v_1:0
v_2:0

'''

三、reuse模式对tf.get_variable()的影响

reuse模式会对tf.get_variable()的实际效果有决定作用。

3.1节

在non-reuse模式下，tf.get_variable()作用为新建变量（设为v）。若变量域内已经有同名变量（设为w），则分两种情况：

1. 若w是之前通过tf.Variable()创建的，则v将被重命名，即加上数字后缀。
2. 若w是之前通过tf.get_variable()创建的，则不允许新建同名变量v。

with tf.variable_scope('vs'):
	# 打印当前scope的名称和是否为reuse模式
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse) 
    v1=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
    print(v1.name) # 前缀为scope的名称加一个反斜线，即“vs/”，故全称为“vs/v:0”，“冒号0”的解释见后文。
    v2=tf.get_variable('v',shape=()) 
    print(v2.name) # 已经有名为v的变量，故v2的name会在v后面加上数字后缀（从1开始）
    v3=tf.get_variable('v',shape=()) # 已经有名为v且由tf.get_variable创建的变量，故v3的创建抛出异常
    print(v3.name)

输出为：（题外话，“:0” 指的是该变量是创建它的operation的第一个输出，见 这个链接）

"vs" False
vs/v:0
vs/v_1:0
--------------------------------------------------------------------------

ValueError                               Traceback (most recent call last)

<ipython-input-2-e0b97b39994d> in <module>()
      5     v2=tf.get_variable('v',shape=())
      6     print(v2.name)
----> 7     v3=tf.get_variable('v',shape=())
      8     print(v3.name)
      9
      
<省略部分输出>
ValueError: Variable vs/v already exists, disallowed. Did you mean to set reuse=True or reuse=tf.AUTO_REUSE in VarScope?

3.2节

在reuse模式下，tf.get_variable()作用为重用（reuse）变量。注意只能重用之前在本变量域创建的、且使用tf.get_variable()创建的变量，即不能在本变量域中重用其他变量域中创建的变量，也不能重用那些使用tf.Variable()创建的变量。

1.重用变量

with tf.variable_scope('vs'):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    v=tf.get_variable('v',shape=())
    print(v.name)

with tf.variable_scope('vs',reuse=True):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    reused_v=tf.get_variable('v',shape=()) # reused_v就是之前的v，他们是共享内存的变量
    print(reused_v.name)

'''

输出为：
"vs" False
vs/v:0
"vs" True
vs/v:0

'''

2.不能重用其他变量域中命名的变量（相当于你在A文件夹新建了v.txt，但是不能到B文件夹里面找v.txt）。

# 在vs变量域新建v，尝试到vs1中重用变量
with tf.variable_scope('vs'):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    v=tf.get_variable('v',shape=())
    # v=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
    print(v.name)

with tf.variable_scope('vs1',reuse=True):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    # 下一行会报错，因为vs1这个变量域并没有用get_variable()创建过名为v的变量
    reused_v=tf.get_variable('v',shape=()) 
    print(reused_v.name)

'''
报错：
ValueError: Variable vs1/v does not exist, or was not created with tf.get_variable(). Did you mean to set reuse=tf.AUTO_REUSE in VarScope?
'''

3.只能重用那些使用tf.get_variable()创建的变量，而不能重用那些使用tf.Variable()创建的变量。

with tf.variable_scope('vs'):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    v=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
    print(v.name)

with tf.variable_scope('vs',reuse=True):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    reused_v=tf.get_variable('v',shape=())
    print(reused_v.name)

输出为：

"vs" False
vs/v:0
"vs" True
--------------------------------------------------------------------------

ValueError                               Traceback (most recent call last)

<ipython-input-2-63ddfa598083> in <module>()
      6 with tf.variable_scope('vs',reuse=True):
      7     print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
----> 8     reused_v=tf.get_variable('v',shape=())
      9     print(reused_v.name)
     10
    
<省略部分输出>

ValueError: Variable vs/v does not exist, or was not created with tf.get_variable(). Did you mean to set reuse=tf.AUTO_REUSE in VarScope?

附加1：tf.name_scope()与tf.variable_scope()的区别

tf.name_scope()与tf.variable_scope()的功能很像，这里也顺便探讨一下他们的区别，以助于加深对两个方法的理解。

本小节参考自 这篇知乎文章

with tf.name_scope('ns'):
    print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
    v1=tf.get_variable('v',shape=())
    v2=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
    print(v1.name)
    print(v2.name)
    with tf.variable_scope('vs'):
        print('"'+tf.get_variable_scope().name+'"', tf.get_variable_scope().reuse)
        v3=tf.get_variable('v',shape=())
        v4=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
        print(v3.name)
        print(v4.name)

with tf.variable_scope('vs'):
    with tf.name_scope('ns'):
        v5=tf.Variable(tf.constant(1),name='v')
        print(v5.name)
        v6=tf.get_variable('v',shape=()) # 这里将会抛出异常
        print(v6.name)

输出如下，解释见对应的注释：

"" False   # 1.with打开NameScope并不影响所在的VariableScope
v:0        # 2.NameScope对于以tf.get_variable()新建的变量的命名不会有影响
ns/v:0     # 3.对于以tf.Variable()方式新建的变量的命名，会加上NameScope的名字作为前缀
"vs" False # 4.印证了第1点
vs/v:0     # 5.印证了第2点
ns/vs/v:0  # 6.对于被多层NameScope和VariableScope包围的、以tf.Variable()新建的变量，其命名以嵌套顺序来确定前缀
vs/ns/v:0  # 7.印证了第6点
# 下面的异常是由v6=tf.get_variable('v',shape=())导致的
# 因为tf.get_variable()获得的变量的命名不受NameScope影响，所以这里其实对应了3.1节第2点的情况
# 即在相同的VariableScope中使用tf.get_variable()定义了重名的变量
Traceback (most recent call last):
  File "scope.py", line 79, in <module>
    v6=tf.get_variable('v',shape=())
  File "C:\Users\pyxies\Anaconda3\lib\site-packages\tensorflow\python\ops\variable_scope.py", line 1203, in get_variable
    constraint=constraint)
  File "C:\Users\pyxies\Anaconda3\lib\site-packages\tensorflow\python\ops\variable_scope.py", line 1092, in get_variable
    constraint=constraint)
  File "C:\Users\pyxies\Anaconda3\lib\site-packages\tensorflow\python\ops\variable_scope.py", line 425, in get_variable
    constraint=constraint)
  File "C:\Users\pyxies\Anaconda3\lib\site-packages\tensorflow\python\ops\variable_scope.py", line 394, in _true_getter
    use_resource=use_resource, constraint=constraint)
  File "C:\Users\pyxies\Anaconda3\lib\site-packages\tensorflow\python\ops\variable_scope.py", line 742, in _get_single_variable
    name, "".join(traceback.format_list(tb))))
ValueError: Variable vs/v already exists, disallowed. Did you mean to set reuse=True or reuse=tf.AUTO_REUSE in VarScope?

附加2：单机多GPU下的变量共享/复用

见 https://blog.csdn.net/xpy870663266/article/details/99330338