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一、PyTorch的诞生
2017年1月,Facebook人工智能研究院(FAIR)团队在GitHub上开源了PyTorch,并迅速占领GitHub热度榜榜首。作为一个2017年才发布,具有先进设计理念的框架,PyTorch的历史可追溯到2002年就诞生于纽约大学的Torch。Torch使用了一种不是很大众的语言Lua作为接口。Lua简洁高效,但由于其过于小众,用的人不是很多,以至于很多人听说要掌握Torch必须新学一门语言就望而却步(其实Lua是一门比Python还简单的语言)。
考虑到Python在计算科学领域的领先地位,以及其生态完整性和接口易用性,几乎任何框架都不可避免地要提供Python接口。终于,在2017年,Torch的幕后团队推出了PyTorch。PyTorch不是简单地封装Lua Torch提供Python接口,而是对Tensor之上的所有模块进行了重构,并新增了最先进的自动求导系统,成为当下最流行的动态图框架。
PyTorch一经推出就立刻引起了广泛关注,并迅速在研究领域流行起来。PyTorch自发布起关注度就在不断上升,截至2017年10月18日,PyTorch的热度已然超越了其他三个框架(Caffe、MXNet和Theano),并且其热度还在持续上升中。
PyTorch的前身是Torch,其底层和Torch框架一样,但是使用Python重新写了很多内容,不仅更加灵活,支持动态图,而且提供了Python接口。它是由Torch7团队开发,是一个以Python优先的深度学习框架,不仅能够实现强大的GPU加速,同时还支持动态神经网络。
PyTorch既可以看作加入了GPU支持的numpy,同时也可以看成一个拥有自动求导功能的强大的深度神经网络。除了Facebook外,它已经被Twitter、CMU和Salesforce等机构采用。
2022年9月,扎克伯格亲自宣布,PyTorch 基金会已新鲜成立,并归入 Linux 基金会旗下。
二、常见的深度学习框架
(一)TensorFlow
2015年11月10日,Google宣布推出全新的机器学习开源工具TensorFlow。 TensorFlow 最初是由 Google 机器智能研究部门的 Google Brain 团队开发,基于Google 2011年开发的深度学习基础架构DistBelief构建起来的。TensorFlow主要用于进行机器学习和深度神经网络研究, 但它是一个非常基础的系统,因此也可以应用于众多领域。
(二)Keras
Keras是一个高层神经网络API,由纯Python编写而成并使用TensorFlow、Theano及CNTK作为后端。Keras为支持快速实验而生,能够把想法迅速转换为结果。Keras应该是深度学习框架之中最容易上手的一个,它提供了一致而简洁的API, 能够极大地减少一般应用下用户的工作量,避免用户重复造*。
(三)Caffe/Caffe2
Caffe的全称是Convolutional Architecture for Fast Feature Embedding,它是一个清晰、高效的深度学习框架,核心语言是C++,它支持命令行、Python和MATLAB接口,既可以在CPU上运行,也可以在GPU上运行。
Caffe2是一个兼具表现力、速度和模块性的开源深度学习框架。它沿袭了大量的 Caffe 设计,可解决多年来在 Caffe 的使用和部署中发现的瓶颈问题。Caffe2的设计追求轻量级,在保有扩展性和高性能的同时,Caffe2 也强调了便携性。
三、为什么选择PyTorch?
(一)简洁
PyTorch的设计追求最少的封装,尽量避免重复造*。不像TensorFlow中充斥着session、graph、operation、name_scope、variable、tensor、layer等全新的概念,PyTorch的设计遵循tensor→variable(autograd)→nn.Module 三个由低到高的抽象层次,分别代表高维数组(张量)、自动求导(变量)和神经网络(层/模块),而且这三个抽象之间联系紧密,可以同时进行修改和操作。
简洁的设计带来的另外一个好处就是代码易于理解。PyTorch的源码只有TensorFlow的十分之一左右,更少的抽象、更直观的设计使得PyTorch的源码十分易于阅读。在笔者眼里,PyTorch的源码甚至比许多框架的文档更容易理解。
(二)速度
PyTorch的灵活性不以速度为代价,在许多评测中,PyTorch的速度表现胜过TensorFlow和Keras等框架 。框架的运行速度和程序员的编码水平有极大关系,但同样的算法,使用PyTorch实现的那个更有可能快过用其他框架实现的。
(三)易用
PyTorch是所有的框架中面向对象设计的最优雅的一个。PyTorch的面向对象的接口设计来源于Torch,而Torch的接口设计以灵活易用而著称,Keras作者最初就是受Torch的启发才开发了Keras。PyTorch继承了Torch的衣钵,尤其是API的设计和模块的接口都与Torch高度一致。PyTorch的设计最符合人们的思维,它让用户尽可能地专注于实现自己的想法,即所思即所得,不需要考虑太多关于框架本身的束缚。
(四)活跃的社区
PyTorch提供了完整的文档,循序渐进的指南,作者亲自维护的论坛 供用户交流和求教问题。Facebook 人工智能研究院对PyTorch提供了强力支持,作为当今排名前三的深度学习研究机构,FAIR的支持足以确保PyTorch获得持续的开发更新,不至于像许多由个人开发的框架那样昙花一现。
目前,PyTorch框架已成为论文实现的主流工具,PyTorch正在受到越来越多人的追捧 。
如果说 TensorFlow的设计是“Make It Complicated”,Keras的设计是“Make It Complicated And Hide It”,那么PyTorch的设计真正做到了“Keep it Simple,Stupid”。简洁即是美。