浅入浅出TensorFlow 1 - 初识TensorFlow

一. TensorFlow 的发展历程

       OpenCV 可能是多数人都很熟悉的计算机视觉库，参考下图机器学习库的发展轴线。

       近几年，随着深度学习技术的快速发展，诞生了 Torch、Theano、Caffe、MxNet 等一批深度学习库，而 TensorFlow 正是这些框架中的佼佼者，得益于其 优秀的架构设计理念及工程实现，以及丰富的学习资料，目前 TensorFlow 已经超越 Caffe（目前已经不怎么更新了） 成为使用率最高的DL框架，大有成为机器学习领域的Android之势。

       TensorFlow 优势在于强大的分布式计算能力，相较于 Caffe 等传统单机版系统有不可比拟的优势，这得益于Google在分布式计算层面的技术优势。另外，对于Android系统的原生支持 也给 TensorFlow 带来了庞大的用户量。

       TensorFlow 由Google 工程大神 Jeff Dean 领衔开发。字面意思来看，Tensor（张量）表示N维数组，Flow（流）意味着基于数据流图的计算，TensorFlow 为张量从流图的一端流动到另一端计算过程。

二. TensorFlow 版本、SDK

       TensorFlow 目前版本为 1.1.0，之前第一个正式版本是 1.0.0。

       主要支持 python/C++ 接口，1.0版本加入了Java API，另外也可以选择 R、Go 语言API（需要第三方支持） 以及 Keras，不作为讨论内容。

       官网地址：https://www.tensorflow.org/versions/r1.0/

       GitHub：https://github.com/tensorflow/tensorflow/releases

三. 模块结构

       TensorFlow 分为 Front End 和 Exec System，Front End是指 API接口，Exec System 对应Work执行。层次结构图示意如下：

         

        对应模块描述为：

模块组成	功能说明	备注
Client	主要用于计算图构造，并调用后端的Runtime，进行计算图的执行；
Runtime	Master 负责总体计算任务分配及合并，包括：       A） 接收前端Session数据，优化计算图（消除冗余计算，常量折叠等）；       B） 拆分任务，将计算图分裂为子图，发送给Work；       C） 协同任务，得到计算结果；   Worker       A） 根据图节点的依赖，调用Kernel完成计算；       B） 将计算结果发送到其他Worker；       C） 接受来自其他Worker的计算结果；	执行实际计算
Kernel	根据当前可用的硬件环境(GPU/CPU)，执行OP计算     OP计算是指对不同硬件的统一封装调用，属于一种多态应用技术。	CPU, GPU, Arm, X86
Device	设备网络层       支持硬件封装 - CPU  GPU  Android  IOS       支持网络通信 - gRPC  RDMA

四. 认识数据流图

       TensorFlow 通过数据流图进行计算，何为数据流图？ 来看个例子（左图是一个典型的计算图，右图描述计算过程）：

    

       数据流图 是 用 Node（结点）和 Edge(边) 的有向图来描述数学计算：

       Node 用来表示 输入/输出 数据（对应 起始终止点），也就是Tensor - 张量，对应左图圆形；

                也用来表示 数学操作，对应左图矩形。

       Edge 表示 Node之间的输入/输出关系，计算过程即 数据流动过程 - Flow。

       左图公式对应TensorFlow代码（先熟悉一下）： 

import tensorflow as tf

b = tf.Variable( tf.zeros([100]) )                       # 100-d vector, init to 0
W = tf.Variable( tf.random_uniform([784,100],-1,1) )     # 784*100 matrix W/rnd vals
x = tf.nn.relu(tf.matmul(W, x) + b)                      # Relu(W * x +b)
C = [...]                                                #Const computed as a function

s = tf.Session() 
for step in xrange(0, 10):
    input = ...construct 100-D input array ...           # Create 100-d vector for input
    result = s.run(C, feed_dict={x: input} )             # Fetch cost,feeding x=input
    print step, result

五. TensorFlow 的学习步骤

       大多数Blog 只是人云亦云，以转载抄袭为主，参考价值不大，作者在整理资料的同时（Blog仅作为本人学习和备忘，请勿转载），给初学者的学习思路如下：

1）看书 or 少数有价值的Blog

      市场上很多书都是骗钱的，某某号称TensorFlow工程总监推荐，销量榜很高，作为菜鸟级的初步了解尚可，实际用作用不大，当然这个也根据个人实际情况，做好甄别和筛选。

      另外Blog 也不少，一搜一大把，凑热闹的居多，不置可否。

2）教程

     个人认为最好的入门工具还是官方的白皮书，不需要花钱，很多书和教程都是由此而来，有的改都没改。

     下载：TensorFlow 官方文档中文版 v1.2

               TensorFlow 技术白皮书

     莫烦的视频教程作为初学者可以看一下，毕竟有人对视频教程很有偏好，优酷视频 。

3）代码

     代码是学习最好的帮手，这个不需要质疑，Github上Down下来代码，自己Run例子。

     你需要了解里面的 模块结构 和 类划分，这对于理解框架以及熟练使用是很有帮助的。

4）学好工具的使用

     一定要熟练掌握 TensorFlow 的工具，特别是可视化工具 TensorBoard，作者会在后面拿出一章进行讲解。

    另外，要掌握相关调试方法（后续也会介绍）。