问题:TensorFlow,为什么选择python语言?
我最近开始研究深度学习和其他ML技术,并开始寻找简化构建网络并对其进行培训的框架,然后我发现TensorFlow在该领域经验不足,对我来说,速度似乎是如果与深度学习一起工作,那么使大型机器学习系统变得更大的重要因素,那么为什么Google选择python来制造TensorFlow?用一种可以编译且无法解释的语言来编写代码会更好吗?
使用Python而不是像C ++这样的语言进行机器学习有什么优势?
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关于TensorFlow的最重要的认识是,在大多数情况下,内核不是用Python编写的:它是由高度优化的C ++和CUDA(Nvidia用于GPU编程的语言)结合而成。反过来,大多数情况是通过使用Eigen(高性能C ++和CUDA数值库)和NVidia的cuDNN(为NVidia GPU进行了非常优化的DNN库,用于诸如卷积之类的功能)而发生的。
TensorFlow的模型是程序员使用“某种语言”(很可能是Python!)来表达模型。该模型以TensorFlow构造编写,例如:
h1 = tf.nn.relu(tf.matmul(l1, W1) + b1)
h2 = ...
在运行Python时实际上并未执行。相反,实际创建的是一个数据流图,该图表示接受特定的输入,应用特定的操作,将结果作为输入提供给其他操作,等等。 该模型由快速的C ++代码执行,并且在大多数情况下,操作之间传递的数据永远不会复制回Python代码。
然后,程序员通过拉上节点来“驱动”该模型的执行-通常在Python中进行训练,有时在Python中甚至在原始C ++中进行服务:
sess.run(eval_results)
这个Python(或C ++函数调用)使用对C ++的进程内调用或针对分布式版本的RPC来调用C ++ TensorFlow服务器以使其执行,然后将结果复制回去。
因此,话虽如此,让我们重新表述一下问题:为什么TensorFlow为什么选择Python作为表达和控制模型训练的第一种得到良好支持的语言?
答案很简单:对于许多数据科学家和机器学习专家来说,Python可能是最舒适的语言,它易于集成并可以控制C ++后端,同时在内部和外部也广泛使用。和开放源代码。鉴于使用TensorFlow的基本模型,Python的性能并不那么重要,因此很自然。NumPy的巨大优势还在于它可以在Python中轻松进行预处理-同时具有高性能-在将其输入TensorFlow进行真正占用大量CPU的处理之前。
表示执行模型时不使用的模型也有很多复杂性-形状推断(例如,如果您做matmul(A,B),结果数据的形状是什么?)和自动梯度计算。事实证明,能够用Python表达这些内容真是太好了,尽管从长远来看,我认为它们可能会转移到C ++后端以使添加其他语言变得更加容易。
(当然,希望是将来支持其他语言来创建和表达模型。使用其他几种语言来运行推理已经非常简单了-C ++现在可以工作了,Facebook的某人贡献了Go绑定,我们现在正在对其进行审查。等)
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TF不是用python编写的。它是用C ++编写的(并使用高性能的数字库和CUDA代码),您可以通过查看他们的github进行检查。因此,核心不是用python编写的,而是TF提供了许多其他语言(python,C ++,Java,Go)的接口
如果您来自数据分析领域,则可以像numpy(不是用python编写,但提供了Python的接口)那样考虑它,或者如果您是Web开发人员,则可以将其视为数据库(PostgreSQL,MySQL,可以从Java,Python,PHP调用)
由于许多 原因, Python前端(人们使用TF编写模型的语言)最受欢迎。在我看来,主要原因是历史原因:大多数ML用户已经在使用它(另一个流行的选择是R),因此,如果您不提供python的接口,那么您的库很可能注定会变得晦涩难懂。
但是用python编写并不意味着您的模型是用python执行的。相反,如果您以正确的方式编写模型,则在评估TF图期间绝不会执行Python(tf.py_func()除外,该存在于调试中,应在实际模型中避免使用,因为它是在Python方面)。
例如,这与numpy不同。例如,如果您这样做np.linalg.eig(np.matmul(A, np.transpose(A))
(是eig(AA')
),则该操作将以某种快速语言(C ++或fortran)计算转置,将其返回给python,将其与python一起从python中取出,并以某种快速语言计算一个乘法并将其返回给python,然后计算特征值并将其返回给python。因此,尽管有效地计算了诸如matmul和eig之类的昂贵操作,但您仍然需要通过将结果移回python并强制执行来浪费时间。TF不会这样做,一旦定义了图,张量就不会在python中,而是在C ++ / CUDA /其他地方流动。
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Python允许您使用C和C ++创建扩展模块,与本机代码接口,并且仍然获得Python给您的优势。
TensorFlow使用Python,是的,但是它也包含大量的C ++。
这样就可以使用更简单的界面进行实验,从而减少了用Python进行的人工操作,并通过对C ++中最重要的部分进行编程来提高性能。
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您可以从此处查看的最新比率显示TensorFlow C ++内部需要约50%的代码,而Python需要约40%的代码。
C ++和Python都是Google的官方语言,所以也难怪为什么会这样。如果我必须在存在C ++和Python的地方提供快速回归…
C ++在计算代数内部,Python用于其他所有方面,包括测试。知道今天的测试无处不在,难怪Python代码对TF做出了如此大的贡献。