為什么 PyTorch 這么火？一線(xiàn)開(kāi)發(fā)者這樣說(shuō)

本文作者： AI研習(xí)社

2017-05-10 15:49

導(dǎo)語(yǔ)：專(zhuān)業(yè)人士怎么說(shuō)？

編者按：2017 年初，F(xiàn)acebook 在機(jī)器學(xué)習(xí)和科學(xué)計(jì)算工具 Torch 的基礎(chǔ)上，針對(duì) Python 語(yǔ)言發(fā)布了一個(gè)全新的機(jī)器學(xué)習(xí)工具包 PyTorch。一經(jīng)發(fā)布，這款開(kāi)源工具包就受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和討論，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的發(fā)展，目前 PyTorch 已經(jīng)成為從業(yè)者最重要的研發(fā)工具之一。PyTorch 為什么如此受歡迎，研究人員是出于怎樣的考慮選擇了 PyTorch？針對(duì)這些問(wèn)題，我們今天不妨來(lái)看看專(zhuān)業(yè)人士怎么說(shuō)。

以下內(nèi)容轉(zhuǎn)載自饒錦峰在知乎上的問(wèn)答，雷鋒網(wǎng)已或授權(quán)。饒錦峰先后就讀于浙江大學(xué)和美國(guó)馬里蘭大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，曾于微軟和谷歌實(shí)習(xí)，研究方向是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自然語(yǔ)言處理等。

PyTorch比較吸引我的特性有以下幾點(diǎn)：

1. 支持Python。之前用Lua寫(xiě)代碼不要太痛苦（用 Torch 時(shí)），各種功能性函數(shù)沒(méi)有。舉個(gè)例子，Lua里面最主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是table(類(lèi)似于Python語(yǔ)言里面的dict)，table里元素是通過(guò)key的形式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的。很多情況下我想訪(fǎng)問(wèn)table里面有多少個(gè)元素，這要是在python或者java里面就是table.size()一句話(huà)就能搞定的，但放在Lua里面，唯一可行的方案就是像下面這樣：

function tablelength(T)
local count = 0
for _ in pairs(T) do count = count + 1 end
return countend

2. 支持autograd。不用自己去定義和數(shù)學(xué)推導(dǎo)back-propagation. 這個(gè)還是比較實(shí)用的，記得很早的時(shí)候，torch里面還沒(méi)有計(jì)算cosine similarity的函數(shù)，得自己定義cosine的forward和backward函數(shù)，又溫習(xí)了一遍微積分=_=不過(guò)自己寫(xiě)backward也是有好處的，這是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)你理解深度學(xué)習(xí)的原理有很大的幫助。當(dāng)你的代碼出錯(cuò)了的時(shí)候，你能有個(gè)比較清晰的思路從哪里開(kāi)始debug.

3. 更容易debug。無(wú)論是Torch還是PyTorch的底層都是一個(gè)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的庫(kù)函數(shù)。在寫(xiě)深度學(xué)習(xí)的代碼的時(shí)候最痛苦的一塊可能就是debug了。當(dāng)結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候你不知道你是因?yàn)槟愕膆yper-parameter設(shè)得不對(duì)，還是模型定義的時(shí)候出錯(cuò)了，或者是某一層layer計(jì)算的時(shí)候出錯(cuò)了和整個(gè)模型的assumption就不適合這個(gè)數(shù)據(jù)集。要找出原因只能不斷的簡(jiǎn)化模型并且試錯(cuò)，這時(shí)候PyTorch能夠逐層打印出計(jì)算結(jié)果就顯得非常靈活了（簡(jiǎn)直是NN debug的救星）。雖然其他一些工具Keras也能支持顯示每層layer的output，但是依賴(lài)于一些輔助函數(shù)，寫(xiě)起來(lái)也比較麻煩。

4. 支持動(dòng)態(tài)圖的創(chuàng)建。現(xiàn)在的深度學(xué)習(xí)平臺(tái)在定義模型的時(shí)候主要用兩種方式：static computation graph(靜態(tài)圖模型) 和 dynamic computation graph(動(dòng)態(tài)圖模型)。絕大部分平臺(tái)都采用的是static的定義方式，包括TensorFlow, Theano, Caffe，Keras等。靜態(tài)圖定義的缺陷是在處理數(shù)據(jù)前必須定義好完整的一套模型，能夠處理所有的邊際情況。比如在聲明模型前必須知道整個(gè)數(shù)據(jù)中句子的最大長(zhǎng)度。相反動(dòng)態(tài)圖模型(現(xiàn)有的平臺(tái)比如PyTorch, Chainer, Dynet)能夠非常自由的定義模型。舉個(gè)例子，傳統(tǒng)的LSTM往往處理一個(gè)句子的時(shí)候都是以word為單位，然后利用word2vec來(lái)初始化詞向量。但是往往有一些很奇怪的詞在vocabulary里是找不到的，也就是沒(méi)法用word2vec初始化詞向量。這時(shí)候你可能想用characer-level(字符)級(jí)別的表示來(lái)初始化那個(gè)單詞，就需要借助動(dòng)態(tài)圖模型的定義了。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)動(dòng)態(tài)圖模型允許你在運(yùn)行程序的時(shí)候動(dòng)態(tài)去修正你的模型結(jié)構(gòu)，來(lái)處理各種奇奇怪怪的邊角輸入，這在學(xué)術(shù)研究的時(shí)候的靈活性就體現(xiàn)出來(lái)了。

為什么 PyTorch 這么火？一線(xiàn)開(kāi)發(fā)者這樣說(shuō)

上圖左邊為靜態(tài)圖的計(jì)算框架，右邊為動(dòng)態(tài)圖的框架 [1]。靜態(tài)圖需要在處理數(shù)據(jù)前定義好一套完整的模型；而動(dòng)態(tài)圖模型允許用戶(hù)先定義好一套基本的框架再根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)修正模型。

5. 和 LuaJIT 相比降低了大概30%-50%的內(nèi)存使用率，而且 LuaJIT 是有 2G 的內(nèi)存上限的(這個(gè)有時(shí)候很麻煩)。另外謝謝評(píng)論區(qū)的@peng sun補(bǔ)充，LuaJIT的內(nèi)存上限是指lua內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如table, string等，不包括用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如torch.Tensor之類(lèi)等，不然把word embedding load到內(nèi)存里就炸了。。有時(shí)候?yàn)榱吮苊鈨?nèi)存溢出的情況，會(huì)用Lua 5.1編譯，而不用LuaJIT。關(guān)于Lua 編譯器和LuaJIT的區(qū)別，可以參看這個(gè)帖子：What makes LuaJIT faster than Lua?

補(bǔ)充一點(diǎn)是，目前版本在效率上比Torch慢5%，可能是因?yàn)閯?chuàng)建動(dòng)態(tài)圖的時(shí)候多耗時(shí)了. 在PyTorch網(wǎng)站上有個(gè)帖子討論和Torch的比較，可以看看：Roadmap for torch and pytorch

其他一些我會(huì)考慮的點(diǎn)：

1. 遷移成本。作為T(mén)orch用戶(hù)，我已經(jīng)很習(xí)慣它的一套開(kāi)發(fā)流程了，也能夠比較高效的實(shí)現(xiàn)定義的模型了。如果要遷移到PyTorch平臺(tái)，需要學(xué)習(xí)下里面的一些函數(shù)定義和使用，不想換平臺(tái)的時(shí)候太麻煩。

2. 社區(qū)支持。作為一個(gè)新開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，PyTorch的社區(qū)支持還是比較弱的，還沒(méi)有什么開(kāi)源的代碼和模型。我不知道有多少老Torch用戶(hù)去轉(zhuǎn)移到PyTorch上面去，但是有一個(gè)良好的社區(qū)環(huán)境是需要長(zhǎng)時(shí)間的積累的。

在選擇一個(gè)深度學(xué)習(xí)平臺(tái)上，我會(huì)主要考慮易用性，學(xué)習(xí)成本和社區(qū)環(huán)境。舉個(gè)例子就Torch而言，社區(qū)環(huán)境很好，但學(xué)習(xí)成本和易用性上要打個(gè)折扣，我想這是很多新用戶(hù)可能不會(huì)選擇Torch的原因，也是PyTorch開(kāi)發(fā)的一部分初衷吧（降低學(xué)習(xí)成本和提高易用性來(lái)吸引更多的新用戶(hù)）。就PyTorch而言，剛開(kāi)始開(kāi)放出來(lái)社區(qū)支持還不是很強(qiáng)，不過(guò)最近一段時(shí)間口碑上去得很快，社區(qū)的增長(zhǎng)也比較迅速。

總體來(lái)說(shuō)我還是很喜歡 PyTorch 的編程模式的，非常好用，推薦 researcher 使用。相反，如果只是想了解一下深度學(xué)習(xí)，并且快速開(kāi)發(fā)出一套簡(jiǎn)單實(shí)用的深度學(xué)習(xí)模型，推薦 Keras+TensorFlow 作為入門(mén)工具(API簡(jiǎn)單+文檔全+社區(qū)強(qiáng))。

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最后貼一張Andrej Karpathy博客里各深度學(xué)習(xí)平臺(tái)使用比例的圖：

為什么 PyTorch 這么火？一線(xiàn)開(kāi)發(fā)者這樣說(shuō)

圖片來(lái)源：http://t.cn/R6g0QFB

[1] Chainer: a Next-Generation Open Source Framework for Deep Learning, Tokui, Seiya and Oono, Kenta and Hido, Shohei and Clayton, Justin, NIPS 2015, Learning System workshop.

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兩名授課老師佟達(dá)、白發(fā)川身為 ThoughtWorks 的資深技術(shù)專(zhuān)家，具有豐富的大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建、深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。