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一行代码切换TensorFlow与PyTorch,模型训练也能用俩框架

你是否有时要用 PyTorch,有时又要跑 TensorFlow?这个项目就是你需要的,你可以在训练中同时使用两个框架,并端到端地转换模型。也就是说 TensorFlow 写的计算图可以作为某个函数,直接应用到 Torch 的张量上,这操作也是很厉害了。

在早两天开源的 TfPyTh 中,不论是 TensorFlow 还是 PyTorch 计算图,它们都可以包装成一个可微函数,并在另一个框架中高效完成前向与反向传播。很显然,这样的框架交互,能节省很多重写代码的麻烦事。

  • 项目地址:https://github.com/BlackHC/TfPyTh

为什么框架间的交互很重要

目前 GitHub 上有很多优质的开源模型,它们大部分都是用 PyTorch 和 TensorFlow 写的。如果我们想要在自己的项目中调用某个开源模型,那么它们最好都使用相同的框架,不同框架间的对接会带来各种问题。当然要是不怕麻烦,也可以用不同的框架重写一遍。

以前 TensorFlow 和 PyTorch 经常会用来对比,讨论哪个才是更好的深度学习框架。但是它们之间就不能友好相处么,模型在两者之间的相互迁移应该能带来更多的便利。

在此之前,Facebook 和微软就尝试过另一种方式,即神经网络交换格式 ONNX。直观而言,该工具定义了一种通用的计算图,不同深度学习框架构建的计算图都能转化为它。虽然目前 ONNX 已经原生支持 MXNet、PyTorch 和 Caffe2 等大多数框架,但是像 TensorFlow 或 Keras 之类的只能通过第三方转换器转换为 ONNX 格式。

而且比较重要的一点是,现阶段 ONNX 只支持推理,导入的模型都需要在原框架完成训练。所以,想要加入其它框架的模型,还是得手动转写成相同框架,再执行训练。

神奇的转换库 TfPyTh

既然 ONNX 无法解决训练问题,那么就轮到 TfPyTh 这类项目出场了,它无需改写已有的代码就能在框架间自由转换。具体而言,TfPyTh 允许我们将 TensorFlow 计算图包装成一个可调用、可微分的简单函数,然后 PyTorch 就能直接调用它完成计算。反过来也是同样的,TensorFlow 也能直接调用转换后的 PyTorch 计算图。

因为转换后的模块是可微的,那么正向和反向传播都没什么问题。不过项目作者也表示该项目还不太完美,开源 3 天以来会有一些小的问题。例如张量必须通过 CPU 进行复制与路由,直到 TensorFlow 支持__cuda_array_interface 相关功能才能解决。

目前 TfPyTh 主要支持三大方法:

  • torch_from_tensorflow:创建一个 PyTorch 可微函数,并给定 TensorFlow 占位符输入计算张量输出;

  • eager_tensorflow_from_torch:从 PyTorch 创建一个 Eager TensorFlow 函数;

  • tensorflow_from_torch:从 PyTorch 创建一个 TensorFlow 运算子或张量

TfPyTh 示例

如下所示为 torch_from_tensorflow 的使用案例,我们会用 TensorFlow 创建一个简单的静态计算图,然后传入 PyTorch 张量进行计算。

import tensorflow as tf
import torch as th
import numpy as np
import tfpyth

session = tf.Session()
def get_torch_function():
    a = tf.placeholder(tf.float32, name='a')
    b = tf.placeholder(tf.float32, name='b')
    c = 3 * a + 4 * b * b

    f = tfpyth.torch_from_tensorflow(session, [a, b], c).apply
    return f

f = get_torch_function()
a = th.tensor(1, dtype=th.float32, requires_grad=True)
b = th.tensor(3, dtype=th.float32, requires_grad=True)
x = f(a, b)
assert x == 39.

x.backward()
assert np.allclose((a.grad, b.grad), (3., 24.))

我们可以发现,基本上 TensorFlow 完成的就是一般的运算,例如设置占位符和建立计算流程等。TF 的静态计算图可以通过 session 传递到 TfPyTh 库中,然后就产生了一个新的可微函数。后面我们可以将该函数用于模型的某个计算部分,再进行训练也就没什么问题了。

工程TensorFlowPyTorch图深度学习框架
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微软是美国一家跨国计算机科技公司,以研发、制造、授权和提供广泛的计算机软件服务为主。总部位于美国华盛顿州的雷德蒙德,最为著名和畅销的产品为Microsoft Windows操作系统和Microsoft Office办公室软件,以及Xbox的游戏业务。微软是美国《财富》杂志2015年评选的世界500强企业排行榜中的第95名。

https://www.microsoft.com/en-us/about
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TensorFlow技术

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张量是一个可用来表示在一些矢量、标量和其他张量之间的线性关系的多线性函数,这些线性关系的基本例子有内积、外积、线性映射以及笛卡儿积。其坐标在 维空间内,有 个分量的一种量,其中每个分量都是坐标的函数,而在坐标变换时,这些分量也依照某些规则作线性变换。称为该张量的秩或阶(与矩阵的秩和阶均无关系)。 在数学里,张量是一种几何实体,或者说广义上的“数量”。张量概念包括标量、矢量和线性算子。张量可以用坐标系统来表达,记作标量的数组,但它是定义为“不依赖于参照系的选择的”。张量在物理和工程学中很重要。例如在扩散张量成像中,表达器官对于水的在各个方向的微分透性的张量可以用来产生大脑的扫描图。工程上最重要的例子可能就是应力张量和应变张量了,它们都是二阶张量,对于一般线性材料他们之间的关系由一个四阶弹性张量来决定。

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(人工)神经网络是一种起源于 20 世纪 50 年代的监督式机器学习模型,那时候研究者构想了「感知器(perceptron)」的想法。这一领域的研究者通常被称为「联结主义者(Connectionist)」,因为这种模型模拟了人脑的功能。神经网络模型通常是通过反向传播算法应用梯度下降训练的。目前神经网络有两大主要类型,它们都是前馈神经网络:卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN),其中 RNN 又包含长短期记忆(LSTM)、门控循环单元(GRU)等等。深度学习是一种主要应用于神经网络帮助其取得更好结果的技术。尽管神经网络主要用于监督学习,但也有一些为无监督学习设计的变体,比如自动编码器和生成对抗网络(GAN)。

MXNet技术

MXNet是开源的,用来训练部署深层神经网络的深度学习框架。它是可扩展的,允许快速模型训练,并灵活支持多种语言(C ++,Python,Julia,Matlab,JavaScript, Go,R,Scala,Perl,Wolfram语言)

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