“柯潔被讓二子”仍不敵AI，盤點(diǎn)程序員必須了解的十大AI庫(kù)及框架

作者：Anton Shaleynikov，陳峻 2018-01-22 09:42:18

這一天遲早會(huì)來(lái)，自李世石 1:4 不敵 AlphaGo 那一天起，每一位圍棋人都明白，時(shí)代已經(jīng)提速，未來(lái)正踏著比想象中迅疾百倍的步伐洶涌而來(lái)。

【51CTO.com原創(chuàng)稿件】這一天遲早會(huì)來(lái)，自李世石 1:4 不敵 AlphaGo 那一天起，每一位圍棋人都明白，時(shí)代已經(jīng)提速，未來(lái)正踏著比想象中迅疾百倍的步伐洶涌而來(lái)。

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彼時(shí)彼刻 AI 對(duì)人類的超越絕不是終點(diǎn)，深度學(xué)習(xí)加持下的飛速進(jìn)步，很快就會(huì)讓人類再也無(wú)法在棋盤前與 AI 平等對(duì)話，直至降格、讓子。無(wú)論你是否情愿，都必須面對(duì)這個(gè)事實(shí)。

2018 年 1 月 9 日，裝備著***公開版本的絕藝，身披馬甲“絕藝指導(dǎo) A”，開始了讓二子（黑貼 6 目半）對(duì)決職業(yè)棋手的行程。

1 月 16 日中午擊敗 NIPOHC（韓一洲七段）首勝銀冠棋手（全國(guó)冠軍），1 月 12—16 日完成 14 連勝，至 1 月 17 日晚八點(diǎn)，共弈 31 局 27 勝 4 負(fù)。極高的勝率固然亮眼，卻也符合人們對(duì)絕藝實(shí)力的“預(yù)期”。

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1 月 17 日這一天，對(duì)柯潔來(lái)說(shuō)并不愉快。面對(duì)圍觀群眾“和絕藝指導(dǎo) A 下一盤”的鼓噪，柯潔欣然應(yīng)允，向絕藝指導(dǎo) A 發(fā)出對(duì)局邀請(qǐng)。

驚天動(dòng)地，職業(yè)***棋手——而且是最***的那個(gè)，***在公開對(duì)戰(zhàn)中成為被讓子的一方。這一刻柯潔放下驕傲，選擇勇敢。面對(duì)強(qiáng)大的 AI，人類展現(xiàn)出了卓越的勇氣與瀟灑風(fēng)度。

這是圍棋人機(jī)大戰(zhàn)中的又一個(gè)***次，***職業(yè)圍棋手，在讓子棋中負(fù)于 AI。更明確一點(diǎn)說(shuō)，騰訊圍棋 AI 絕藝，讓二子戰(zhàn)勝了當(dāng)今圍棋***人柯潔。而且整個(gè)戰(zhàn)局只進(jìn)行了 77 手，可以說(shuō)柯潔落敗的相當(dāng)快。

柯潔今天凌晨在微博上說(shuō)：“以后請(qǐng)叫我佛系棋手… ”，圍棋世界***人，最近心緒有點(diǎn)起伏~

可能未來(lái)人機(jī)大戰(zhàn)的懸念會(huì)變成，到底讓幾子人類才能穩(wěn)贏。騰訊表示，這次戰(zhàn)勝柯潔的絕藝，參考了 2017 年 10 月公開的 AlphaGo Zero 論文，并在實(shí)踐中做出了改進(jìn)。

這個(gè)版本使用了 40 block dual-resnet 模型，以老版本的絕藝為基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)，自對(duì)弈了數(shù)百萬(wàn)棋局。

據(jù)介紹，騰訊在有限的資源和時(shí)間內(nèi)，通過(guò)把強(qiáng)化學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)相結(jié)合來(lái)加速訓(xùn)練，快速提升了棋力。

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眼下，AI 已經(jīng)成為越來(lái)越火的一個(gè)方向，程序員對(duì)于新技術(shù)是最敏感的一個(gè)人群，作為一名程序員如何轉(zhuǎn)向人工智能方向？

本文將向您介紹一些在人工智能（AI）領(lǐng)域常被使用的優(yōu)質(zhì)軟件庫(kù)，并且分析它們的優(yōu)/劣勢(shì)和自身特點(diǎn)。

雖然 AI 曾經(jīng)被稱為只有書***和天才才去觸碰的專業(yè)領(lǐng)域，但是現(xiàn)如今由于各種軟件庫(kù)和框架的發(fā)展，它已成為一個(gè)更加開放的 IT 領(lǐng)域，很多人都已投身于其中。

現(xiàn)在就讓我們來(lái)深入了解和探索這個(gè)紛繁的 AI 庫(kù)的世界吧！

TensorFlow

“通過(guò)使用數(shù)據(jù)流圖的計(jì)算，來(lái)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的機(jī)器學(xué)習(xí)”，語(yǔ)言：C++ 或 Python。

當(dāng)提到 AI 的時(shí)候，您首先聽到的框架應(yīng)該就是谷歌的 TensorFlow。

TensorFlow 是使用數(shù)據(jù)流圖來(lái)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算的開源庫(kù)。該框架的特點(diǎn)是它可以利用任何 CPU 或 GPU 進(jìn)行計(jì)算，無(wú)論是臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器、甚至是移動(dòng)設(shè)備的架構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)框架中提供了 Python 語(yǔ)言的編程環(huán)境。

TensorFlow 通過(guò)所謂的各種節(jié)點(diǎn)來(lái)分類數(shù)據(jù)層，并對(duì)它所獲得的任何信息做出判定。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：https://www.tensorflow.org/

優(yōu)勢(shì)：

使用一種簡(jiǎn)單易學(xué)的語(yǔ)言--Python。
采用計(jì)算圖形的抽象。
由 TensorBoard 提供可視化。

劣勢(shì)：

由于 Python 并非是最快的語(yǔ)言，因此該軟件庫(kù)運(yùn)行起來(lái)并不快。
缺乏各種預(yù)先訓(xùn)練好（pre-trained）的模型。
并非完全開源。

微軟 CNTK

“一個(gè)開源的深度學(xué)習(xí)工具包”，語(yǔ)言：C++。

我們可以稱之為微軟對(duì)于谷歌 TensorFlow 的“回應(yīng)”。

微軟的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)工具包（Microsoft's Computational Network ToolKit，CNTK）是一種能夠提高模塊化和分離式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的軟件庫(kù)，它還提供了各種學(xué)習(xí)算法和模型的描述。

在需要有大量服務(wù)器參與運(yùn)行的時(shí)候，CNTK 可以利用多臺(tái)服務(wù)器來(lái)同步實(shí)現(xiàn)。雖然據(jù)說(shuō)它在功能上將會(huì)對(duì)谷歌 TensorFlow 有所屏蔽，但現(xiàn)在看來(lái)還為時(shí)過(guò)早。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：https://github.com/Microsoft/CNTK

優(yōu)勢(shì)：

非常靈活。
可實(shí)現(xiàn)分布式的訓(xùn)練。
支持 C++，C＃，Java 和 Python。

劣勢(shì)：

它是由一種新的語(yǔ)言--網(wǎng)絡(luò)描述語(yǔ)言（NetworkDescription Language，NDL）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

可視化不足。

Theano

“一種數(shù)值計(jì)算的軟件庫(kù)”，語(yǔ)言：Python。

Theano 是 TensorFlow 的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。它是一個(gè)功能強(qiáng)大的 Python 庫(kù)，能夠高效地實(shí)現(xiàn)與各種多維數(shù)組有關(guān)的數(shù)值運(yùn)算。

該軟件庫(kù)能夠準(zhǔn)確地使用 GPU 來(lái)執(zhí)行各種數(shù)據(jù)密集型的計(jì)算，而不會(huì)在運(yùn)行中給 CPU 增加負(fù)擔(dān)。

出于這個(gè)原因，在近十年來(lái)，Theano 一直被運(yùn)用于供電系統(tǒng)內(nèi)部各種大規(guī)模的計(jì)算密集型操作。

不過(guò)在 2017 年 9 月，Theano 宣布將在 2017 年 11 月的***一次重要發(fā)布之后，對(duì)其 1.0 版本停止更新。

當(dāng)然，這并不意味著它在功能上會(huì)有所遜色，只要您愿意，對(duì)它隨時(shí)展開研究都是值得的。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：https://github.com/Theano/Theano

優(yōu)勢(shì)：

對(duì) CPU 和 GPU 的使用進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。
高效的數(shù)字任務(wù)處理能力。

劣勢(shì)：

原生的 Theano 相對(duì)于其他軟件庫(kù)的水平較低，需要與其他軟件庫(kù)一起使用，以獲得較高的抽象水平。
在 AWS 上運(yùn)行時(shí)會(huì)有一些 Bug。

Caffe

“深度學(xué)習(xí)的開放式框架，且速度快”，語(yǔ)言：C++。

Caffe 是一個(gè)功能強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)框架。和上述列表中的其他框架相比，它能夠?qū)崿F(xiàn)快速和有效的深度學(xué)習(xí)式研究。

通過(guò)Caffe，您可以非常容易地為圖像分類，建立卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network，CNN）。Caffe 能夠有效地工作在 GPU 上，并且在運(yùn)行過(guò)程中能夠發(fā)揮極快的速度。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：http://caffe.berkeleyvision.org/

Caffe 的主要類包括：

優(yōu)勢(shì)：

可與 Python 和 MATLAB 綁定。
運(yùn)行性能***。
無(wú)需編寫代碼，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模型的訓(xùn)練。

劣勢(shì)：

對(duì)復(fù)發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)（recurrent networks）支持不佳。
與新架構(gòu)的協(xié)同性不好。

Keras

“為人類的深度學(xué)習(xí)而打造”，語(yǔ)言：Python。

Keras 是一個(gè)用 Python 編寫的開源神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)。不像 TensorFlow、CNTK 和 Theano，Keras 并不服務(wù)于端到端的機(jī)器學(xué)習(xí)框架。

相反地，作為一個(gè)接口，它提供了一個(gè)高層次的抽象，這使得無(wú)論是在什么樣的框架下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都能夠方便地進(jìn)行配置。

目前谷歌 TensorFlow 能夠?qū)?Keras 作為后端予以支持，而微軟的 CNTK 是否會(huì)在將來(lái)支持 Keras，則暫無(wú)時(shí)間表。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：https://keras.io/

優(yōu)勢(shì)：

用戶友好且容易上手。
容易擴(kuò)展。
無(wú)縫運(yùn)行在 CPU 和 GPU 上。
能與 Theano 和 TensorFlow 無(wú)縫協(xié)作。

劣勢(shì)：

無(wú)法作為一個(gè)獨(dú)立的框架被使用。

Torch（火炬）

“一個(gè)開源的機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)”，語(yǔ)言：C。

Torch 是一個(gè)為科研和數(shù)值運(yùn)算打造的、開源的機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)。它基于的是 Lua 編程語(yǔ)言，而非 Python 庫(kù)。通過(guò)提供大量的算法，它不但使得深度學(xué)習(xí)研究更為容易，而且能提高效率和速度。

Torch 具有強(qiáng)大的 N 維陣列，這對(duì)于諸如切片和索引等操作是非常有用的。它還提供了線性代數(shù)的程序和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：http://torch.ch/

優(yōu)勢(shì)：

非常靈活。
有極高的速度和效率。
具有大量的預(yù)先訓(xùn)練好的模型。

劣勢(shì)：

文檔不清。
缺少即插即用的代碼。
基于的是一種不那么流行的語(yǔ)言--Lua。

Accord.NET

“支持機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、統(tǒng)計(jì)、以及使用.NET的科學(xué)計(jì)算”，語(yǔ)言：C＃。

這是為C＃程序員準(zhǔn)備的軟件庫(kù)，Accord.NET 是一種 .NET 的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，它方便了音頻和圖像的各種處理。

該框架可以有效地處理數(shù)值優(yōu)化、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、甚至可視化等方面。除此之外，Accord.NET 在計(jì)算機(jī)視覺(jué)和信號(hào)處理上也具有強(qiáng)大的功能，而且通過(guò)一些簡(jiǎn)單的算法就能實(shí)現(xiàn)。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：http://accord-framework.net/

優(yōu)勢(shì)：

它擁有一個(gè)龐大且活躍的開發(fā)團(tuán)隊(duì)。
具有非常好的文檔框架。
可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可視化。

劣勢(shì)：

該框架并不是非常流行。
比 TensorFlow 要運(yùn)行得緩慢一些。

Spark MLlib

“一個(gè)可擴(kuò)展的機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)”，語(yǔ)言：Scala。

Apache 的 Spark MLlib 是一個(gè)***擴(kuò)展性的機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)。它支持的編程語(yǔ)言有 Java、Scala、Python、甚至是 R 語(yǔ)言。

它能夠非常有效地通過(guò) Python 和 R 語(yǔ)言的 Numpy 庫(kù)（譯者注：NumPy 系統(tǒng)是 Python 的一種開源的數(shù)值計(jì)算擴(kuò)展）進(jìn)行交互操作。

MLlib 能夠很容易地被植入到 Hadoop 的工作流中。它還能提供諸如分類、回歸、歸并等機(jī)器學(xué)習(xí)的算法。在涉及到大規(guī)模數(shù)據(jù)處理時(shí)，這款功能強(qiáng)大的軟件庫(kù)運(yùn)行起來(lái)非常快。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：https://spark.apache.org/mllib/

優(yōu)勢(shì)：

能極快速地處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)。
支持多種語(yǔ)言。

劣勢(shì)：

學(xué)習(xí)曲線“陡峭”（即不易學(xué)習(xí)）。
只能對(duì) Hadoop 實(shí)現(xiàn)即插即用。

Sci-kitLearn

“使用 Python 進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)”，語(yǔ)言：Python。

SCI-Kit 是一款主要用于在機(jī)器學(xué)習(xí)中構(gòu)建各類模型的、非常強(qiáng)大的 Python 庫(kù)。

通過(guò)使用諸如 Numpy、SciPy 和 Matplotlib 之類的庫(kù)，它對(duì)于諸如分類、回歸、歸并等統(tǒng)計(jì)模型非常有效。SCI-Kit 還能為您帶來(lái)監(jiān)管式與無(wú)監(jiān)管式的學(xué)習(xí)算法、以及交叉驗(yàn)證等功能。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：http://scikit-learn.org/

優(yōu)勢(shì)：

能支持許多主流的算法。
提供有效的數(shù)據(jù)挖掘。

劣勢(shì)：

對(duì)于構(gòu)建模型來(lái)說(shuō)并非是***的。
使用 GPU 時(shí)，效果并非***。

MLPack

“一個(gè)可擴(kuò)展的 C++ 類型機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)”，語(yǔ)言：C++。

MLPack 是一款利用 C++ 來(lái)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件庫(kù)。由于它運(yùn)行在 C++ 中，因此您完全可以想象到它對(duì)內(nèi)存的高效管理。

由于在庫(kù)中自帶優(yōu)質(zhì)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，MLPack 運(yùn)行起來(lái)速度極快。另外，該軟件庫(kù)對(duì)于新手來(lái)說(shuō)十分“友好”，它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的 API。

想了解更多相關(guān)信息，可以參看：http://mlpack.org/

優(yōu)勢(shì)：

擴(kuò)展性極強(qiáng)。
提供 Python 和 C++ 的綁定。

劣勢(shì)：

沒(méi)有優(yōu)質(zhì)的文檔。

總結(jié)

本文在此所討論到的各種軟件庫(kù)都是在大家長(zhǎng)期使用之后，備受好評(píng)且高質(zhì)量的。

像 Facebook、谷歌、雅虎、蘋果和微軟這樣的大公司已經(jīng)將它們運(yùn)用到了各自的深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)的項(xiàng)目中。您還有什么理由不去試試呢？

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陳峻（Julian Chen），有著十多年的 IT 項(xiàng)目、企業(yè)運(yùn)維和風(fēng)險(xiǎn)管控的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，日常工作深入系統(tǒng)安全各個(gè)環(huán)節(jié)。作為 CISSP 證書持有者，他在各專業(yè)雜志上發(fā)表了《IT運(yùn)維的“六脈神劍”》、《律師事務(wù)所IT服務(wù)管理》和《股票交易網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的安全設(shè)計(jì)》等論文。他還持續(xù)分享并更新《廉環(huán)話》系列博文和各種外文技術(shù)翻譯，曾被(ISC)2 評(píng)為第九屆亞太區(qū)信息安全***成就表彰計(jì)劃的“信息安全踐行者”和 Future-S 中國(guó) IT 治理和管理的 2015 年度踐行人物。