今天开始学习深度学习框架TensorFlow2.0啦！使用的书籍是
TensorFlow深度学习-第一章
人工智能
人工智能、机器学习和神经网络之间的关系如下图：
MvrKSI.png
机器学习分类
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监督学习
样本和样本的标签，代表：线性回归、逻辑回归、支持向量机、随机森林
-
非监督学习
只有样本数据集，自行发现数据的模态，代表：自编码器、生成对抗网络
-
强化学习
通过与环境来交互学习解决问题的策略，代表：
DQN、PPO神经网络
特征
MvsqVU.png
发展史
- 1943年：神经元数学模型，MP模型
其中
通过的值来完成输出值的预测：若大大于等于0，输出1；繁殖输出0
MvHHpt.png
- 感知机模型
自动学习权重的神经元模型-感知机。输出值o和真实值y之间的误差用于调整神经元的权重系数
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- 反向传播法BP
现代深度学习的基础：反向传播法
BackPropagation- Hopfild连接、
LSTM
1982年
John Hopfildde的循环连接的Hopfild网络提出1997年
LSTM被提出- 浅层神经网络发展史
MvqA2t.png
- 第三次浪潮
多层神经网络在
MNIST数据集上的取得了优于SVM的效果提出将线性整流单元
Rectfied Linear Unit，ReLU作为激活函数2012 年，Alex Krizhevsky 提出了 8 层的深层神经网络 AlexNet，它采用了 ReLU 激活函数Dropout 技术防止过拟合，同时抛弃了逐层预训练的方式，直接在 2 块 GTX580 GPU 上训 练网络。
- 深度学习发展史
2014 年，
Ian Goodfellow提出了生成对抗网络2016 年，
DeepMind公司应用深度神经 网络到强化学习领域，提出了DQN算法，
MvqJMV.png
深度学习特点
- 数据量大，数据级需求较高
MvqDR1.png
- 计算力
非常依赖并行加速计算设备，目前的大部分神经网络均使用 NVIDIA GPU 和 Google TPU 或其他神经网络并行加速芯片训练模型参数
Mvq4JA.png
- 网络规模
随着深度学习的兴起和计算能力的提升，AlexNet(8 层)，VGG16(16 层)， GoogLeNet(22 层)，ResNet50(50 层)，DenseNet121(121 层)等模型相继被提出，同时输入图 片的大小也从 28x28 逐渐增大，变成 224x224，299x299 等，这些使得网络的总参数量可达 到千万级别，
MvqqeS.png
- 通用智能
深度学习应用领域
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计算机视觉CV
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图片识别image classification； VGG 系列、Inception 系 列、ResNet 系列等。
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目标检测 object detection；RCNN，Fast RCNN，Faster RCNN，Mask RCNN，SSD,YOLO 系列
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语义分割 semantic segmentation；FCN，U-net，SegNet，DeepLab 系列等
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视频理解video understanding；C3D，TSN，DOVF，TS_LSTM
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图片生成 image generation；VAE 系列，GAN 系列
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自然语言处理NLP
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机器翻译； Seq2Seq，BERT，GPT， GPT-2 等
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聊天机器人：常用在咨询系统、娱乐游戏、智能家居等
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强化学习
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虚拟游戏：QN，A3C，A2C，PPO
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机器人
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自动驾驶Autonomous Driving
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深度学习框架
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Theano 是最早的深度学习框架之一 ，已经停止
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Scikit-learn 是一个完整的面向机器学习算法的计算库，传统的统计学习领域，不支持神经网络和GPU加速
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Caffe：面向使用神经网络、提供Python结口、支持GPU和CPU，融入到PyTorch中
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Torch 是一个非常优秀的科学计算库，基于较冷门的编程语言 Lua 开发
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MXNET ：陈天奇和李沐等人开发，采用命令式和符号式混合编程
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PyTorch ：2017年发布
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Keras 是一个基于 Theano 和 TensorFlow 等框架提供的底层运算而实现的高层框架
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TensorFlow 是 Google 于 2015 年发布的深度学习框架
TF 和PyTorch
都是采用动态图（优先）模式开发，动态图模型开发效率高，但是运行效率可能不如静态图模式
TensorFlow 在工业界拥有完备的解决方案和用户基础；
PyTorch 得益于其精简灵活的接口 设计，可以快速设计调试网络模型，在学术界获得好评如潮
TF2-demo
# 创建在cpu上运算的2个矩阵
import tensorflow as tf
with tf.device('/cpu:0'):
cpu_a = tf.random.normal([1,n])
cpu_b = tf.random.normap([1,n])
print(cpu_a.device, cpu_b.device)
# 创建在gpu上运算的2个矩阵
with tf.device('/gpu:0'):
cpu_a = tf.random.normal([1,n])
cpu_b = tf.random.normap([1,n])
print(gpu_a.device, gpu_b.device)
2 . 自动梯度网络
在使用 TensorFlow 构建前向计算过程的时候，除了能够获得数值结果，TensorFlow 还 会自动构建计算图 ，看个demo：
考虑在点的导数为10
import tensorflow as tf
# 创建4个张量
a = tf.constant(1.)
b = tf.constant(2.)
c = tf.constant(1.)
w = tf.constant(4.)
with tf.GradientTape as tape: # 构建梯度环境
# 将w加入梯度跟踪列表
tape.watch([w])
# 计算过程
y = a * w ** 2 + b * w + c
[dy_dw] = tape.gradient(y, [w])
print(dy_dw) # 打印导数
tf.Tensor(10.0, shape=(), dtype=float32)
TF3大核心功能
- 加速计算
神经网络本质上由大量的矩阵相乘，矩阵相加等基本数学运算构成；TensorFlow的重要功能就是利用 GPU 方便地实现并行计算加速功能。
# 创建在cpu上运算的2个矩阵
import tensorflow as tf
with tf.device('/cpu:0'):
cpu_a = tf.random.normal([1,n])
cpu_b = tf.random.normap([1,n])
print(cpu_a.device, cpu_b.device)
# 创建在gpu上运算的2个矩阵
with tf.device('/gpu:0'):
cpu_a = tf.random.normal([1,n])
cpu_b = tf.random.normap([1,n])
print(gpu_a.device, gpu_b.device)
并通过 timeit.timeit()函数来测量 2 个矩阵的运算时间:
def cpu_run():
with tf.device('cpu:0'):
c = tf.matmul(cpu_a, cpu_b)
return c
def gpu_run():
with tf.device('gpu:0'):
c = tf.matmul(gpu_a, gpu_b)
return c
# 第一次计算需要热身
cpu_time = timeit.timeit(cpu_run,number=10)
gpu_time = timeit.timeit(gpu_run,number=10)
# 计算10次，取平均值
cpu_time =
timeit.timeit(cpu_run, number=10)
gpu_time = timeit.timeit(gpu_run,number=10)
2 . 自动梯度网络
在使用 TensorFlow 构建前向计算过程的时候，除了能够获得数值结果，TensorFlow 还 会自动构建计算图 ，看个demo：
考虑在点的导数为10
import tensorflow as tf
# 创建4个张量
a = tf.constant(1.)
b = tf.constant(2.)
c = tf.constant(1.)
w = tf.constant(4.)
with tf.GradientTape as tape: # 构建梯度环境
# 将w加入梯度跟踪列表
tape.watch([w])
# 计算过程
y = a * w ** 2 + b * w + c
[dy_dw] = tape.gradient(y, [w])
print(dy_dw) # 打印导数
tf.Tensor(10.0, shape=(), dtype=float32)
3 . 常用神经接口
TensorFlow除了提供底层的矩阵相乘，相加等运算函数，还内建了常用的：
- 网络运算函数
- 常用网络层
- 网络训练
- 网络保存与加载
- 网络部署
- ……
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