第2章 Theano基础-【千锋教育】Python快乐编程 人工智能—深度学习基础

第2章 Theano基础 认识Theano 安装Theano 配置环境变量 Theano中的符合变量 Theano编程风格 Theano中的函数 Theano中的符号计算图模型 Theano中的条件表达式 Theano中的循环 Theano中的常用Debug技巧 初识Theano 安装Theano 配置环境变量 Theano中的符号变量 Theano编程风格 Theano中的函数 Theano中的符号计算图模型 Theano中的条件表达式 Theano中的循环 Theano中的常用Debug技巧 学习目标 掌握Theano方法 了解Theano的基本概念 掌握Theano的编程风格 了解 掌握 掌握 学 习 目 标 LEARNING OBJECTIVES 初心至善 匠心育人 “工欲善其事,必先利其器。”初学者除了需要掌握深度学习的理论知识外，还应熟练运用相关的工具库来创建深度学习模型或包装库。Theano是一个Python库，可以在CPU或GPU上进行快速数值计算，从而大大简化程序。本章将对Theano 的相关基础知识进行讲解。 初心至善 匠心育人 2.1 初识Theano Theano是最早的深度学习开发工具之一，是在BSD许可证下发布的一个开源项目，它的开发始于2007年，由YoshuaBengio领导的加拿大蒙特利尔理工学院LISA集团现（ MILA ）开发，Theano的名字源于一位著名的希腊数学家，它是为深度学习中处理大型神经网络算法所需的计算而专门设计的，擅长处理多维数组库，与其他深度学习库结合使用时十分适合用于数据探索。Theano首次引入了“符号计算图”来描述模型表达式的开源结构，目前，这被看作深度学习研究和开发的行业标准。Theano可以被理解成数学表达式的编译器：用符号式语言定义需要的结果，该框架会对程序进行编译，从而高效运行于GPU或CPU。目前许多优秀的深 度学习开源工具库对Theano的底层设计进行了借鉴，如Tensorflow、Keras等，因此，掌握Theano的使用方法可以作为学习其他类似开源工具的铺垫。 初心至善 匠心育人 2.1 初识Theano Theano是一个基于Python和Numpy的数值计算工具包，它可以定义最优化以及估值高维度的数学表达式，也可以通过一系列代码优化从而获得更好的硬件性能。theano.tensor数据类型包含double、int、uchar、float等，最常用的类型是int 和float，具体如下所示： 数值———iscalar(int类型的变量)、fscalar(float 类型的变量); 一维向量———ivector(int类型的向量)、fvector(float类型的向量); 二维矩阵———fmatrix(float类型矩阵)、imatrix(int类型的矩阵); 三维float类型矩阵———ftensor3 ; 四维float类型矩阵———ftensor4 。 初心至善 匠心育人 2.1 初识Theano Theano与Tensorflow功能十分相似(前面提到，Tensorflow借鉴了Theano的底层设计)，因而两者常常被放在一起比较，这两者都偏向底层。Theano更像一个研究平台，并没有专门用于深度学习的相关接口。例如，Theano中没有现成的神经网络分级，因此，在实际应用中需要从最基本的网络层开始构建所需要的模型。 经过多年发展,目前有大量基于Theano的开源深度学习库被开发并得到实际应用，例如Keras、Lasagne和Blocks。这些更高层级的wrapperAPI可以大幅减少开发时间以及开发过程中的麻烦。现在，大多数使用Theano的开发者都会借助辅助API进行开发，Theano已经逐渐形成一套生态系统，可以在使用Theano时借助其他API来降低其使用难度。 初心至善 匠心育人 2.1 初识Theano 在过去的很长一段时间内，Theano都是深度学习开发与研究的行业标准。由于Theano是由高校的研究团队研发的，它的设计初衷是服务于学术研究，这导致深度学习领域的许多学者至今仍在使用Theano。对于深度学习新手而言，使用 Theano练手对于深入理解模型的原理有很大的好处，但对于开发者而言,还是建议使用Tensorflow等更高效的深度学习工具。 初心至善 匠心育人 2.2 安装Theano Theano提供了主要的操作系统详细的安装说明：Windows、OSX和Linux。Theano需要一个Python2或Python3包含SciPy的工作环境，Anaconda中基本涵盖了运行Theano所需要的大部分工具包，可以用Anaconda在的机器上快速建立 Python和SciPy，以及实用Docker图像。 本书建议采用含有Py