深度學(xué)習(xí)框架不能“包治百病”什么樣的深度學(xué)習(xí)框架才是適合自己的呢？

隨著深度學(xué)習(xí)關(guān)注度和勢頭上升，深度學(xué)習(xí)被越來越多的企業(yè)和組織的生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來。這時(shí)，無論是對于深度學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)的初學(xué)者，還是已經(jīng)在企業(yè)和組織中從事工業(yè)場景應(yīng)用和研發(fā)的開發(fā)者來說，選擇一個(gè)適合自己，適合業(yè)務(wù)場景需求的深度學(xué)習(xí)框架顯得尤為重要。

對于不同學(xué)習(xí)階段和不同崗位的開發(fā)者來說，什么樣的深度學(xué)習(xí)框架才是適合自己的呢？為此，AI 前線邀請了來自BAT的深度學(xué)習(xí)框架專家解答這個(gè)疑問。

以下是選擇深度學(xué)習(xí)框架時(shí)常見的幾個(gè)問題：

目前，國內(nèi)外有哪些主流的深度學(xué)習(xí)框架？分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

TensorFlow：谷歌大廠出品，社區(qū)資源豐富，用戶群體廣泛。如果你的業(yè)務(wù)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較成熟的應(yīng)用場景，選擇 TensorFlow 是個(gè)不錯(cuò)的選擇，畢竟大部分坑前人已經(jīng)踩過了。如果你還是一名初學(xué)者，想要去實(shí)現(xiàn)全新的算法，那要慎重選擇 TensorFlow，因其發(fā)展時(shí)間較久，代碼庫龐大，想要真正看懂它的代碼會(huì)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

PaddlePaddle：百度出品，跟 TF 類似，PaddlePaddle 也是在百度內(nèi)部實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)框架。值得一提的是，PaddlePaddle 為大量工業(yè)級(jí)模型提供官方支持；大規(guī)模分布式訓(xùn)練技術(shù)能力強(qiáng)，支持大規(guī)模稠密參數(shù)和稀疏參數(shù)場景的并行訓(xùn)練；基于其中文文檔友好、簡單易上手的特點(diǎn)，社區(qū)活躍度不斷提高。本土開發(fā)者中文交流非常方便。

PaddlePaddle 已經(jīng)升級(jí)為全面的深度學(xué)習(xí)開發(fā)套件，除了核心框架，還開放了 VisualDL、PARL、AutoDL、EasyDL、AI Studio 等一整套的深度學(xué)習(xí)工具組件和服務(wù)平臺(tái)，更好地滿足不同層次的深度學(xué)習(xí)開發(fā)者的開發(fā)需求。18 年百度加大了生態(tài)投入，在工業(yè)制造、農(nóng)林領(lǐng)域有不少案例，對于想要落地應(yīng)用場景，特別是針對中文語言處理的場景和大規(guī)模推薦場景，PaddlePaddle 或許是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

PyTorch＋Caffe2：臉書出品。PyTorch 前身是 Torch（一個(gè)基于 Lua 語言的深度學(xué)習(xí)庫）。PyTorch 靈活性相比 TensorFlow 大大增強(qiáng)，支持動(dòng)態(tài)構(gòu)圖，開發(fā)者可以隨時(shí)改變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。PyTorch 今年因其易用性表現(xiàn)突出，越來越受到學(xué)術(shù)界的青睞。

如果你是一名初學(xué)者，想要去復(fù)現(xiàn)前沿的算法，推薦使用 PyTorch。如果你是工業(yè)場景開發(fā)者，最好先搜一搜是否已經(jīng)有使用 PyTorch 的成功落地案例。因?yàn)樵谶\(yùn)算效率、工業(yè)部署上，PyTorch 還不算成熟。Caffe2 為生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)，提供在各種平臺(tái)（包括移動(dòng)設(shè)備）的運(yùn)行時(shí)。Caffe2 意在彌補(bǔ) Pytorch 在生產(chǎn)環(huán)境的不足，目前還沒有看到太多開發(fā)者反饋 Caffe2 的工業(yè)表現(xiàn)，需要更多時(shí)間驗(yàn)證。

MxNet：已被亞馬遜 (Amazon) 選為 AWS 上的深度學(xué)習(xí)框架，支持動(dòng)態(tài)圖計(jì)算。優(yōu)勢是高效小巧，更適合自定義需求高的公司和研究者。如果你的工作需要對框架進(jìn)行修改時(shí)，改 MxNet 要比改 TF 高效多了。MXNet 的用戶相比其他框架并不算太多，有少量擁戴者。MXNet 在文檔質(zhì)量方便經(jīng)常被詬病，新手還需要多磨合一下。

Keras：是一個(gè)用于快速構(gòu)建深度學(xué)習(xí)原型的高層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫，Keras 由純 Python 編寫而成，并基于 Tensorflow、Theano 以及 CNTK 后端。Keras 隱藏了大部分的內(nèi)部運(yùn)算，對于新手來說非常友好。如果想要快速入門，建議可以選擇 Keras。但真的想成為深度學(xué)習(xí)大拿，還是要手動(dòng)從零開始寫一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的代碼，否則容易依賴于 Keras 的易使用性而忽略底層原理。

XDL：阿里出品。X-Deep Learning (XDL) 是針對特定工業(yè)級(jí)場景（比如廣告）深度學(xué)習(xí)問題的解決方案，而不是與其他框架并列的底層框架。實(shí)際上，XDL 采用橋接的方式支持使用 TensorFlow 和 MXNet 作為單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算后端。對于已經(jīng)使用 TensorFlow、MXNet 的開發(fā)者來說，如果需要在大規(guī)模稀疏場景應(yīng)用可以選擇 XDL 試試， XDL 依賴于阿里提供特定的部署環(huán)境，對非阿里系用戶不是很人性化。

不同學(xué)習(xí)階段、不同崗位的開發(fā)者，面對不同的業(yè)務(wù)場景需求應(yīng)該選擇什么深度學(xué)習(xí)框架？選擇和衡量的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

不同類型的用戶，選擇和衡量的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有一定差異。選擇框架通常要考慮易用性、性能、社區(qū)、平臺(tái)支持等問題。初學(xué)者應(yīng)該考慮容易上手的框架。偏研究性的開發(fā)者，一般選擇易用而且有領(lǐng)先的模型基線的框架。偏工業(yè)應(yīng)用的開發(fā)者可以考慮使用穩(wěn)定性高、性能好的框架。比較高階的用戶，往往需要同時(shí)掌握多個(gè)框架。

最新的開源算法可能會(huì)基于某個(gè)框架，掌握多個(gè)框架可以更快復(fù)現(xiàn)前沿成果。同時(shí)不同框架在不同模型上有性能差異，掌握多個(gè)框架也可以選擇在某個(gè)場景下最適合的框架。

在選擇深度學(xué)習(xí)框架時(shí)有哪些經(jīng)驗(yàn)可以分享？需要考慮哪些因素？

開發(fā)者通常用深度學(xué)習(xí)框架組建網(wǎng)絡(luò)，去解決實(shí)際企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)中的具體問題，比如：詞法分析、機(jī)器翻譯等。選擇框架時(shí)通常需要關(guān)注以下一些因素：

框架是否已經(jīng)官方支持了當(dāng)前最好的算法，比如中文詞法分析任務(wù)。

框架是否高效。同樣的算法用不同框架實(shí)現(xiàn)，訓(xùn)練速度更快，意味著更少的線下資源，更快的迭代速度；預(yù)測速度更快，意味著實(shí)際部署時(shí)可以為企業(yè)節(jié)省大量的機(jī)器資源，也具有更高的響應(yīng)速度。

框架的接口是否容易使用。

掌握一個(gè)深度學(xué)習(xí)框架，開發(fā)者需要做哪些準(zhǔn)備？

在開發(fā)者已經(jīng)學(xué)習(xí) Python 程序開發(fā)和深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，掌握一個(gè)深度學(xué)習(xí)框架，開發(fā)者需要了解框架的基本原理，學(xué)習(xí)并掌握框架的基本概念和用法。

通?？梢韵葟墓俜轿臋n開始，通過大致瀏覽官方文檔對框架基本概念和用法有一個(gè)大致的了解。

另外可以結(jié)合官方提供的快速入門例子，在自己的機(jī)器上安裝并練習(xí)使用。

然后可以再從官方的模型庫里面挑選一些算法，進(jìn)行學(xué)習(xí)參考。

結(jié)合自己具體任務(wù)組建網(wǎng)絡(luò)，查看 API 接口文檔，解決實(shí)際任務(wù)。

深度學(xué)習(xí)框架能“包治百病”嗎？是否適用于所有應(yīng)用場景需求？

需要提醒大家的是，深度學(xué)習(xí)框架不能包至百病，深度學(xué)習(xí)框架能夠解決的是適合使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用場景。

深度學(xué)習(xí)（DL）是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的一個(gè)分支，也是當(dāng)下最流行的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，雖然近幾年在圖像、語音、自然語言處理等應(yīng)用方向，深度學(xué)習(xí)技術(shù)都取得了突破性的進(jìn)展，但是我們依然不應(yīng)該神話深度學(xué)習(xí)，認(rèn)為深度學(xué)習(xí)無所不能。

適合掌握深度學(xué)習(xí)的任務(wù)應(yīng)具備這樣一些特點(diǎn)：

具備大量樣本數(shù)據(jù)。如果樣本數(shù)據(jù)難以獲取或者數(shù)量太少，我們認(rèn)為就不適合深度學(xué)習(xí)技術(shù)解決

樣本數(shù)據(jù)對場景的覆蓋度足夠完善。深度學(xué)習(xí)模型的效果完全依賴樣本數(shù)據(jù)表現(xiàn)，如果出現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)外的情況，模型的推廣性會(huì)變差

結(jié)果對可解釋性的要求不高。如果應(yīng)用場景不僅要機(jī)器能夠完成某項(xiàng)任務(wù)，還需對完成過程有明確的可解釋性，這樣的場景就不那么適合深度學(xué)習(xí)。

中國的深度學(xué)習(xí)框架有哪些不同于歐美國家主流深度學(xué)習(xí)開發(fā)框架的特點(diǎn)和創(chuàng)新？

從深度學(xué)習(xí)框架的特點(diǎn)來講，中國和歐美的的區(qū)分未必是一個(gè)合適的分類方式。很多中國深度學(xué)習(xí)框架研發(fā)的主體是中國工程師，也是在中國公司成長起來的，自然對國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)把握得會(huì)更精準(zhǔn)，而且在中文文檔、中文教程以及中文模型配套上是獨(dú)具特色的。

未來，框架發(fā)展會(huì)出現(xiàn)哪些趨勢？

首先，當(dāng)前仍處于深度學(xué)習(xí)研究和應(yīng)用的持續(xù)火熱期，深度學(xué)習(xí)框架及平臺(tái)在研究界和工業(yè)界的需求仍持續(xù)增長。深度學(xué)習(xí)框架和平臺(tái)在產(chǎn)業(yè)界的市場占有還未進(jìn)入穩(wěn)定期，當(dāng)然未來一段時(shí)間應(yīng)該也不會(huì)出現(xiàn)完全一家獨(dú)大的壟斷局面。

一方面整體的市場需求是很大也很多樣化的，另一方面不同框架在特性及發(fā)力點(diǎn)上自然會(huì)有一些差異性的適配。隨著深度學(xué)習(xí)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，服務(wù)能力強(qiáng)的、更貼近用戶需求的框架會(huì)有更大的提升機(jī)會(huì)。

過去一段時(shí)間，動(dòng)態(tài)圖的靈活性、易用性展現(xiàn)出對科研人員極大的吸引力，更多框架開始支持動(dòng)態(tài)圖，但需要進(jìn)一步解決動(dòng)態(tài)圖下的性能優(yōu)化問題。因?yàn)樵诠I(yè)界，訓(xùn)練效率和規(guī)模化始終是最重要的。所以，各框架取長補(bǔ)短趨同性比較明顯，前端易用性、計(jì)算高效性、框架穩(wěn)定性成為持續(xù)優(yōu)化方向。當(dāng)然，不同框架的先天基因的特性還是非常明顯的。

此外需要注意的是，AI 專有芯片也在快速發(fā)展，框架和底層芯片的軟硬結(jié)合一體化研發(fā)也日益引起關(guān)注。AI 應(yīng)用部署場景快速擴(kuò)張，框架對各硬件平臺(tái)的快速部署和高效推理能力變得非常重要。整體而言，需要支持多硬件的高效計(jì)算。這也使得框架 內(nèi)部架構(gòu)上傾向于更好的抽象分層，保持整體邏輯的統(tǒng)一性和異構(gòu)硬件執(zhí)行的高效性。

另一方面，深度學(xué)習(xí)框架的內(nèi)涵也在延展。深度學(xué)習(xí)框架的出現(xiàn)本身就是為了深度學(xué)習(xí)研究、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的便利性，節(jié)省了開發(fā)者很大的編程代價(jià)。但對于深度學(xué)習(xí)技術(shù)而言，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)其實(shí)也是非常重要的一環(huán)，基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)框架是無法解決這個(gè)問題的。所以當(dāng)下 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì) AutoDL 技術(shù)就成為新的熱點(diǎn)，也和深度學(xué)習(xí)框架進(jìn)行更緊密的結(jié)合。

從便利深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用來講，只靠開源框架還是不夠的，需要場景化組件、模塊、平臺(tái)和產(chǎn)品的組合打法，框架之上的平臺(tái)、配套組件構(gòu)成的深度學(xué)習(xí)全流程解決方案對實(shí)際應(yīng)用非常關(guān)鍵。若想深度學(xué)習(xí)框架在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更大作用，是需要 更全面的綜合服務(wù)配套建設(shè)的。

如何看待接下來的框架之爭？

隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的普及，各家框架的成熟化，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的門檻會(huì)越來越低。在研究場景中，好用、靈活易擴(kuò)展是最重要的考量因素，從目前的趨勢來看，PyTorch 在易用性上有一定優(yōu)勢。PaddlePaddle 在實(shí)際生產(chǎn)場景中，框架的易用性、穩(wěn)定性、生態(tài)資源的豐富度將取代技術(shù)的領(lǐng)先性成為開發(fā)者更重要的考量因素。

未來，擁有完整生態(tài)資源、有實(shí)際應(yīng)用場景支撐的框架會(huì)爭奪到越來越多的企業(yè)開發(fā)者用戶。在國外，依賴于谷歌生態(tài)的 TensorFlow，依賴于 AWS 云生態(tài)的 MXNet，未來都有一定的機(jī)會(huì)。

想要形成自己的產(chǎn)品生態(tài)，需要哪些必備條件？

想要形成自己的產(chǎn)品生態(tài)，需要具備四大條件：

掌握能為最終用戶提供巨大收益的核心技術(shù)。如深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域框架所涉及的異構(gòu)計(jì)算、并行訓(xùn)練、多路通信、多端部署及核心算法等關(guān)鍵技術(shù)。廠商需要擁有深度學(xué)習(xí)核心技術(shù)并形成自己的特色，才具備了生態(tài)號(hào)召力。

核心產(chǎn)品或服務(wù)能夠規(guī)模化地應(yīng)用和落地。在生態(tài)拓展的過程中，廠商有能力通過平臺(tái)和資源沉淀足夠多的通用解決方案。

能為最終用戶提供全面的體驗(yàn)。深度學(xué)習(xí)框架應(yīng)用門檻較高，真正在企業(yè)廣泛落地，還有很多的工作要做，比如結(jié)合企業(yè)需求的深度定制優(yōu)化、深度學(xué)習(xí)配套工具建設(shè)、細(xì)致的企業(yè)服務(wù)等等，這要求廠商能夠有效整合生態(tài)系統(tǒng)中的各個(gè)伙伴能力，為最終用戶提供更全面的產(chǎn)品體驗(yàn)。

擁有持續(xù)創(chuàng)新的能力。廠商應(yīng)該有足夠的資金和動(dòng)力讓核心技術(shù)和產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)新，使得生態(tài)系統(tǒng)的用戶相信核心業(yè)務(wù)能夠一直使他們受益。