雷鋒網(wǎng)按：Google的TensorFlow是AI學習者中使用率最高、名氣也最大的深度學習框架，但由于TensorFlow最早是基于Google的需求開發(fā)的，在實際使用上也會存在如文檔亂、調(diào)試難等諸多缺點，而且開發(fā)時間比較早未能及時對一些新的需求進行反應（據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，由于缺乏類似PyTroch、DyNet的動態(tài)圖功能，Lecun就不止一次吐槽過TensorFlow是“過時的深度學習框架”（yesterday deep learning framework）），而針對用戶的需求，Google也在對TensorFlow不斷改進。在10月31日，Google為TensorFlow引入了動態(tài)圖機制Eager Execution，而Google Brain Team的工程師Asim Shankar和Wolff Dobson也在Google官方博客發(fā)文詳細闡述了這一功能帶來的變化，雷鋒網(wǎng)摘編如下：

今天，我們?yōu)?TensorFlow 引入了“Eager Execution”，它是一個命令式、由運行定義的接口，一旦從 Python 被調(diào)用可立即執(zhí)行操作，這使得 TensorFlow 的入門學習變的更簡單，也使得研發(fā)工作變得更直觀。

Eager Execution 的優(yōu)點包括：

• 可以在即時的運行錯誤下進行快速調(diào)試，與 Python 工具進行整合
  

• 通過易于使用的 Python 控制流支持動態(tài)模型
  

• 為自定義和高階梯度提供強大支持
  

• 適用于幾乎目前所有的 TensorFlow 操作
  

目前 Eager Execution 仍處于試用階段，因此我們也在尋求來自社區(qū)的反饋以指導我們的方向。

同時Google還舉了一些使用 Eager Execution 的直觀例子，例如使用兩個矩陣相乘的代碼是這樣編寫的：

import tensorflow as tf

import tensorflow.contrib.eager as tfe 

tfe.enable_eager_execution() 

x = [[2.]] 

m = tf.matmul(x, x)

使用 print 或者 Python 調(diào)試器檢查中間結(jié)果也非常直接。

print(m)

# The 1x1 matrix [[4.]]

梯度與自定義梯度

大多數(shù) TensorFlow 用戶對自動微分感興趣。因為每次調(diào)用期間可能會產(chǎn)生不同的運算，因此我們將所有的正向運算錄到一個“磁帶”上，并在計算梯度時進行反向運算。計算了梯度之后，這個“磁帶”就沒用了。

這一API與 autograd 包非常類似，例子如下：

def square(x):
 return tf.multiply(x, x)

grad = tfe.gradients_function(square)

print(square(3.))    # [9.]

print(grad(3.))      # [6.]

在這里，gradients_function 先調(diào)用了一個預先定義的 Python 函數(shù) square() 作為參數(shù)，并返回一個 Python 可調(diào)用函數(shù) grad 來計算相對于輸入的 square() 的偏導數(shù)。如以上例子中當輸入為 3.0 時， square() 的計算結(jié)果為9，而 grad(3.0) 為對 square() 進行偏導，其計算結(jié)果為 6。

同樣，我們也可以調(diào)用 gradient_function 計算 square 的二階導數(shù)。

此外，用戶也可能需要為運算或函數(shù)自定義梯度。這一功能可能有用，例如，它可以為一系列運算提供了更高效或者數(shù)值更穩(wěn)定的梯度。

以下是一個自定義梯度的例子。我們先來看函數(shù) log(1 + e^x)，它通常用于計算交叉熵和對數(shù)似然。

def log1pexp(x):
 return tf.log(1 + tf.exp(x))

grad_log1pexp = tfe.gradients_function(log1pexp)

# The gradient computation works fine at x = 0.

print(grad_log1pexp(0.)

)# [0.5]

# However it returns a `nan` at x = 100 due to numerical instability.print(grad_log1pexp(100.))

# [nan]

上述例子中，當 x=0 時，梯度計算表現(xiàn)良好。然而由于數(shù)值的不穩(wěn)定性，當 x=100 時則會返回 `nan` 。使用上述函數(shù)的自定義梯度可用于分析簡化梯度表達式。 

使用 Eager 和 Graphs

Eager execution 使開發(fā)和調(diào)試互動性更強，但是 TensorFlow graphs 在分布式訓練、性能優(yōu)化和生產(chǎn)部署中也有著諸多優(yōu)勢。

當啟用 eager execution 時，執(zhí)行運算的代碼同時還可以構(gòu)建一個描述 eager execution 未啟用狀況的計算圖。要將模型轉(zhuǎn)換成圖形，只需在新的 Python 進程中運行同樣的代碼即可。這一做法可以從檢查點保存和修復模型變量值，這允許我們在 eager（命令式）和 graph（聲明式）編程之間輕松轉(zhuǎn)換。通過這種方式可以輕松地將啟用 eager execution 開發(fā)出的模型導出到生產(chǎn)部署中。

在不久的將來，我們將提供工具來選擇性地將模型的某些部分轉(zhuǎn)換為圖形。這樣就可以融合部分計算（如自定義RNN單元的內(nèi)部），以實現(xiàn)高性能并同時保持 eager execution 的靈活性和可讀性。

新功能勢必帶來代碼編寫上的變化。Google還很貼心地給出了幾個Tips：

• 與TensorFlow一樣，我們建議，如果您還沒有從隊列切換到使用tf.data進行輸入處理，請抓緊時間進行切換，它更容易使用，也會更快。 有關(guān)幫助參閱相關(guān)博客文章和文檔頁面。

• 使用面向?qū)ο髮?，如tf.layer.Conv2D（）或Keras層;；它們可以直接存儲變量。

• 你可以為大多數(shù)模型編寫代碼，無論是執(zhí)行和圖形構(gòu)建都是一樣的。 但也有一些例外，例如使用Python控制流來改變基于輸入的計算的動態(tài)模型。

• 一旦你調(diào)用了tfe.enable_eager_execution（），它就不能關(guān)閉。 要獲取圖形行為，請啟動一個新的Python會話。

更多內(nèi)容可參閱Google博客。

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