起源

深度學(xué)習(xí)框架是簡(jiǎn)化人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN) 開發(fā)的重要工具，并且其發(fā)展非常迅速。其中，TensorFlow 和 PyTorch 脫穎而出，各自在不同的機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域占有一席之地。但如何為特定項(xiàng)目確定理想的工具呢？本綜合指南旨在闡明它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

• TensorFlow：誕生于 Google Brain 團(tuán)隊(duì)的大腦，TensorFlow 從專有工具轉(zhuǎn)變?yōu)殚_源。作為一個(gè)端到端平臺(tái)，它提供從基本算術(shù)運(yùn)算到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部署的一切。其適應(yīng)性體現(xiàn)在與CPU、GPU、TPU、移動(dòng)設(shè)備等平臺(tái)的兼容性上。值得注意的是，谷歌、Uber 和微軟等行業(yè)巨頭已將 TensorFlow 集成到他們的運(yùn)營(yíng)中。
• PyTorch：PyTorch 于 2016 年推出，通過(guò)將用戶友好性與高性能相結(jié)合而引起了共鳴。其 Pythonic 設(shè)計(jì)方法和動(dòng)態(tài)計(jì)算圖使其成為研究社區(qū)的首選。主要用 C++ 開發(fā)，其效率非常顯著，并且在 Tesla Autopilot 和 Uber 的 Pyro 等平臺(tái)中的采用進(jìn)一步證明了其功能。

優(yōu)勢(shì)

TensorFlow

• 豐富的生態(tài)系統(tǒng)：其全面的庫(kù)和工具使 TensorFlow 成為機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的整體解決方案。
• 多功能性：它的兼容性擴(kuò)展到多種語(yǔ)言，包括 C++、JavaScript 和 Python。
• TensorBoard：一種直觀的工具，提供可視化功能，可簡(jiǎn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢查和調(diào)試。

PyTorch

• 以用戶為中心：其以 Python 為中心的特性確保了與 Python 代碼的無(wú)縫集成，這使其對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)家極具吸引力。
• 動(dòng)態(tài)計(jì)算圖：PyTorch 對(duì)動(dòng)態(tài)計(jì)算圖的支持允許對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
• 輕松的多 GPU 支持：使用 PyTorch，數(shù)據(jù)并行性和計(jì)算任務(wù)的分配并不復(fù)雜。

流行趨勢(shì)

一段時(shí)間內(nèi) PyTorch 和 TensorFlow 之間流行度的動(dòng)態(tài)變化可以與這些框架領(lǐng)域的重大事件和里程碑聯(lián)系起來(lái)：

• TensorFlow 的初始受歡迎程度：在我們時(shí)間線的早期階段，TensorFlow 在受歡迎程度方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這可以歸功于谷歌的大力支持及其廣泛的工具，可以滿足初學(xué)者和專業(yè)人士的需求。
• PyTorch 的崛起：展望未來(lái)，PyTorch 開始獲得動(dòng)力。許多人發(fā)現(xiàn)它的方法對(duì)于研究和實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)更加靈活，在吸引注意力方面發(fā)揮了作用。此外，隨著 PyTorch 獲得更多資源和支持，其用戶群也在增長(zhǎng)。
• 最近的情況：到最后，PyTorch 和 TensorFlow 都已經(jīng)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域占據(jù)了自己的角色。對(duì)于那些尋求大規(guī)模部署和行業(yè)解決方案的人來(lái)說(shuō)，TensorFlow 仍然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 PyTorch 因其強(qiáng)調(diào)靈活性而受到許多人的歡迎，特別是在研究領(lǐng)域。

局限

TensorFlow

• 復(fù)雜性：雖然多功能性是一種優(yōu)勢(shì)，但它可能會(huì)帶來(lái)一些復(fù)雜性，這可能會(huì)讓一些人望而生畏。
• 死板：一旦設(shè)置了計(jì)算圖，進(jìn)行更改并不簡(jiǎn)單。
• 有限的初始 GPU 語(yǔ)言支持：早期的 TensorFlow 版本有 GPU 和語(yǔ)言限制。

PyTorch

• 生產(chǎn)環(huán)境：雖然 PyTorch 在研究方面表現(xiàn)出色，但過(guò)渡到全面生產(chǎn)有時(shí)需要額外的步驟。
• 可視化：PyTorch 開箱即用的可視化能力與 TensorBoard 的可視化能力不太匹配。

靜態(tài)與動(dòng)態(tài)計(jì)算圖

TensorFlow 和 PyTorch 之間的基本區(qū)別在于它們的計(jì)算圖方法。 TensorFlow 采用靜態(tài)計(jì)算圖，而 PyTorch 提倡動(dòng)態(tài)計(jì)算圖。

TensorFlow

在 TensorFlow 中，首先定義計(jì)算圖。只有設(shè)置好圖表后，您才能在會(huì)話中運(yùn)行它并輸入數(shù)據(jù)。

import tensorflow as tf
# Define the graph
a = tf.placeholder(tf.float32)
b = tf.placeholder(tf.float32)
sum_ab = a + b
# Initiate a session
with tf.Session() as sess:
    # Input data and execute the graph
    result = sess.run(sum_ab, feed_dict={a: 1, b: 2})
print(result)

PyTorch

使用 PyTorch，操作在編寫時(shí)執(zhí)行，并且圖形是動(dòng)態(tài)構(gòu)建的。

import torch
# Operations are performed immediately
a = torch.tensor(1.0)
b = torch.tensor(2.0)
sum_ab = a + b
print(sum_ab)

雖然 TensorFlow 的靜態(tài)方法可以在圖編譯期間進(jìn)行優(yōu)化，但它可能不太直觀，特別是對(duì)于那些剛接觸深度學(xué)習(xí)的人來(lái)說(shuō)。相反，PyTorch 的動(dòng)態(tài)特性更加靈活，特別有利于研究。

部署與集成

在考慮部署時(shí)，尤其是在生產(chǎn)環(huán)境中，框架與各種平臺(tái)的兼容性和易于集成變得至關(guān)重要。

TensorFlow

• TensorFlow Serving：專為生產(chǎn)就緒部署而設(shè)計(jì)。它支持多種模型和版本控制，確保無(wú)縫過(guò)渡和回滾。
• TensorFlow Lite：專為移動(dòng)和嵌入式設(shè)備量身定制，允許在資源有限的邊緣設(shè)備上進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)。
• 云集成：作為 Google 產(chǎn)品，TensorFlow 與 Google Cloud 高效集成，提供可擴(kuò)展的訓(xùn)練和部署等優(yōu)勢(shì)。

PyTorch

• TorchServe：TorchServe 是一個(gè)相對(duì)較新的補(bǔ)充，提供了一種大規(guī)模部署 PyTorch 模型的簡(jiǎn)單方法。它無(wú)縫處理版本控制和日志記錄等任務(wù)。
• ONNX 兼容性：PyTorch 模型可以導(dǎo)出為 ONNX（開放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換）格式，這確保了深度學(xué)習(xí)框架之間的互操作性以及在各種平臺(tái)上更輕松的部署。
• 本機(jī)移動(dòng)支持：PyTorch 提供本機(jī)庫(kù)來(lái)支持 Android 和 iOS，從而簡(jiǎn)化了移動(dòng)設(shè)備上的部署過(guò)程。

社區(qū)支持和文檔

框架的增長(zhǎng)、適應(yīng)性和可持續(xù)性通常反映了其社區(qū)的活力。

TensorFlow

• 龐大的社區(qū)：TensorFlow 存在的時(shí)間較長(zhǎng)，并且已經(jīng)建立了一個(gè)龐大的社區(qū)。在論壇或 Stack Overflow 上找到常見（和不常見）問(wèn)題的解決方案的可能性更高。
• 全面的文檔：TensorFlow 的文檔內(nèi)容豐富，為各種任務(wù)和級(jí)別提供教程、指南和最佳實(shí)踐。

PyTorch

• 快速增長(zhǎng)的社區(qū)：雖然較新，PyTorch 的社區(qū)正在快速增長(zhǎng)，尤其是在學(xué)術(shù)和研究領(lǐng)域。
• 用戶友好的文檔：PyTorch 的文檔清晰簡(jiǎn)潔，經(jīng)常因其簡(jiǎn)單性和易于理解而受到稱贊，特別是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)。

未來(lái)發(fā)展

密切關(guān)注每個(gè)框架的發(fā)展方向可以深入了解它們的壽命和相關(guān)性。

TensorFlow

• 對(duì) TF 2.x 的投資：隨著 TensorFlow 2.x 的發(fā)布，借用了其他框架的一些最佳功能，明顯推動(dòng)了使 TensorFlow 更加用戶友好和直觀。
• 不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)：借助 TensorFlow.js（用于基于瀏覽器的應(yīng)用程序）和 TensorFlow Hub（用于可重用模型組件）等工具，TensorFlow 生態(tài)系統(tǒng)不斷擴(kuò)展。

PyTorch

• 研究到生產(chǎn)：借助 TorchScript 和 TorchServe 等工具，PyTorch 正在彌合研究和生產(chǎn)之間的差距，確保模型可以無(wú)縫過(guò)渡。
• 擴(kuò)展庫(kù)：TorchText、TorchVision 和 TorchAudio 等庫(kù)正在不斷開發(fā)，為從 NLP 到計(jì)算機(jī)視覺的一系列應(yīng)用提供預(yù)訓(xùn)練的模型和數(shù)據(jù)集。

選擇

在 TensorFlow 和 PyTorch 之間進(jìn)行選擇并不是要選擇“最佳”框架，而是要找到最符合您需求的框架。這兩個(gè)框架都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且在解決其最初的局限性方面取得了重大進(jìn)展。通過(guò)評(píng)估您的項(xiàng)目需求、您對(duì) Python 的熟悉程度、可擴(kuò)展性的需求、部署偏好以及您正在尋求的社區(qū)支持類型，您可以做出確保效率和生產(chǎn)力的選擇。隨著深度學(xué)習(xí)世界的不斷發(fā)展，這些框架也會(huì)不斷發(fā)展，保持更新將使您能夠一次又一次地做出明智的決策。

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