【干货收藏】谷歌人工智能学习系统TensorFlow教程及下载!

发布时间:2020-10-10

TensorFlow(腾三福)是谷歌基于DistBelief进行研发的第二代人工智能学习系统,其命名来源于本身的运行原理。Tensor(张量)意味着N维数组,Flow(流)意味着基于数据流图的计算,TensorFlow为张量从流图的一端流动到另一端计算过程。TensorFlow是将复杂的数据结构传输至人工智能神经网中进行分析和处理过程的系统。


TensorFlow可被用于语音识别或图像识别等多项机器深度学习领域,对2011年开发的深度学习基础架构DistBelief进行了各方面的改进,它可在小到一部智能手机、大到数千台数据中心服务器的各种设备上运行。TensorFlow将完全开源,任何人都可以用。


(拉至文末领取安装包及教程)



01 支持算法


TensorFlow 表达了高层次的机器学习计算,大幅简化了第一代系统,并且具备更好的灵活性和可延展性。TensorFlow一大亮点是支持异构设备分布式计算,它能够在各个平台上自动运行模型,从手机、单个CPU / GPU到成百上千GPU卡组成的分布式系统。

从目前的文档看,TensorFlow支持CNN、RNN和LSTM算法,这都是目前在Image,Speech和NLP最流行的深度神经网络模型。


02 开源意义


这一次的Google开源深度学习系统TensorFlow在很多地方可以应用,如语音识别,自然语言理解,计算机视觉,广告等等。但是,基于以上论点,我们也不能过分夸大TensorFlow这种通用深度学习框架在一个工业界机器学习系统里的作用。在一个完整的工业界语音识别系统里, 除了深度学习算法外,还有很多工作是专业领域相关的算法,以及海量数据收集和工程系统架构的搭建。

不过总的来说,这次谷歌的开源很有意义,尤其是对于中国的很多创业公司来说,他们大都没有能力理解并开发一个与国际同步的深度学习系统,所以TensorFlow会大大降低深度学习在各个行业中的应用难度。


03 基本使用


使用图 (graph) 来表示计算任务.

在被称之为 会话 (Session) 的上下文 (context) 中执行图.

使用 tensor 表示数据.

通过 变量 (Variable) 维护状态.

使用 feed 和 fetch 可以为任意的操作(arbitrary operation) 赋值或者从其中获取数据.


04 综述


TensorFlow 是一个编程系统, 使用图来表示计算任务. 图中的节点被称之为 op (operation 的缩写). 一个 op 获得 0 个或多个 Tensor, 执行计算, 产生 0 个或多个 Tensor. 每个 Tensor 是一个类型化的多维数组. 例如, 你可以将一小组图像集表示为一个四维浮点数数组, 这四个维度分别是 [batch, height, width, channels].


一个 TensorFlow 图描述了计算的过程. 为了进行计算, 图必须在 会话 里被启动. 会话 将图的 op 分发到诸如 CPU 或 GPU 之类的 设备 上, 同时提供执行 op 的方法. 这些方法执行后, 将产生的 tensor 返回. 在 Python 语言中, 返回的 tensor 是 numpy ndarray 对象; 在 C 和 C++ 语言中, 返回的 tensor 是tensorflow::Tensor 实例


05 计算图


TensorFlow 程序通常被组织成一个构建阶段和一个执行阶段. 在构建阶段, op 的执行步骤 被描述成一个图. 在执行阶段, 使用会话执行执行图中的 op.


例如, 通常在构建阶段创建一个图来表示和训练神经网络, 然后在执行阶段反复执行图中的训练 op.


TensorFlow 支持 C, C++, Python 编程语言. 目前, TensorFlow 的 Python 库更加易用, 它提供了大量的辅助函数来简化构建图的工作, 这些函数尚未被 C 和 C++ 库支持.


三种语言的会话库 (session libraries) 是一致的.


06 构建图 


构建图的第一步, 是创建源 op (source op). 源 op 不需要任何输入, 例如 常量 (Constant). 源 op 的输出被传递给其它 op 做运算.


Python 库中, op 构造器的返回值代表被构造出的 op 的输出, 这些返回值可以传递给其它 op 构造器作为输入.


TensorFlow Python 库有一个默认图 (default graph), op 构造器可以为其增加节点. 这个默认图对 许多程序来说已经足够用了. 阅读 Graph 类 文档 来了解如何管理多个图.

1构建图.png

默认图现在有三个节点, 两个 constant() op, 和一个matmul() op. 为了真正进行矩阵相乘运算, 并得到矩阵乘法的 结果, 你必须在会话里启动这个图. 


07 在一个会话中启动图


构造阶段完成后, 才能启动图. 启动图的第一步是创建一个 Session 对象, 如果无任何创建参数, 会话构造器将启动默认图.


欲了解完整的会话 API, 请阅读Session 类.

7启动图.png

Session 对象在使用完后需要关闭以释放资源. 除了显式调用 close 外, 也可以使用 "with" 代码块 来自动完成关闭动作.

7次2图.png

在实现上, TensorFlow 将图形定义转换成分布式执行的操作, 以充分利用可用的计算资源(如 CPU 或 GPU). 一般你不需要显式指定使用 CPU 还是 GPU, TensorFlow 能自动检测. 如果检测到 GPU, TensorFlow 会尽可能地利用找到的第一个 GPU 来执行操作.


如果机器上有超过一个可用的 GPU, 除第一个外的其它 GPU 默认是不参与计算的. 为了让 TensorFlow 使用这些 GPU, 你必须将 op 明确指派给它们执行. with...Device 语句用来指派特定的 CPU 或 GPU 执行操作:

7次3.png

设备用字符串进行标识. 目前支持的设备包括:

"/cpu:0": 机器的 CPU.

"/gpu:0": 机器的第一个 GPU, 如果有的话.

"/gpu:1": 机器的第二个 GPU, 以此类推.


08 交互式使用


文档中的 Python 示例使用一个会话 Session 来 启动图, 并调用 Session.run() 方法执行操作. 


为了便于使用诸如 IPython 之类的 Python 交互环境, 可以使用 InteractiveSession 代替 Session 类, 使用 Tensor.eval() 和 Operation.run() 方法代替 Session.run(). 这样可以避免使用一个变量来持有会话.


09 Tensor 


TensorFlow 程序使用 tensor 数据结构来代表所有的数据, 计算图中, 操作间传递的数据都是 tensor. 你可以把 TensorFlow tensor 看作是一个 n 维的数组或列表. 一个 tensor 包含一个静态类型 rank, 和 一个 shape. 想了解 TensorFlow 是如何处理这些概念的, 参见 Rank, Shape, 和 Type.


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