百度360必应搜狗淘宝本站头条
当前位置:网站首页 > IT知识 > 正文

Gorgonia为Go开发者打开了机器学习的大门

liuian 2025-05-08 19:41 74 浏览

在Python主导的机器学习领域,Go语言凭借其卓越的并发性能和编译型语言的效率优势逐渐崭露头角。Gorgonia作为Go语言生态中领先的机器学习库,提供了类似Theano/TensorFlow的计算图抽象。

官方文档:https://gorgonia.org/

开源地址:
https://github.com/gorgonia/gorgonia

  • 可以进行自动微分
  • 可以进行符号微分
  • 可以执行梯度下降优化
  • 提供多种便捷功能来帮助创建神经网络
  • 相当快(与 Theano 和 TensorFlow 速度相当)
  • 支持 CUDA/GPU 计算(OpenCL 尚不支持)
  • 将支持分布式计算

获取库及其依赖项

$ go get gorgonia.org/gorgonia

下面是一个使用 Gorgonia 构建的三层卷积网络的示例。使用的是 MNIST 数据集。

package main

import (
	"flag"
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"log"
	"math/rand"
	"os"
	"os/signal"
	"runtime/pprof"
	"syscall"

	"net/http"
	_ "net/http/pprof"

	"github.com/pkg/errors"
	"gorgonia.org/gorgonia"
	"gorgonia.org/gorgonia/examples/mnist"
	"gorgonia.org/tensor"

	"time"

	"gopkg.in/cheggaaa/pb.v1"
)

var (
	epochs     = flag.Int("epochs", 100, "Number of epochs to train for")
	dataset    = flag.String("dataset", "train", "Which dataset to train on? Valid options are \"train\" or \"test\"")
	dtype      = flag.String("dtype", "float64", "Which dtype to use")
	batchsize  = flag.Int("batchsize", 100, "Batch size")
	cpuprofile = flag.String("cpuprofile", "", "CPU profiling")
)

const loc = "../testdata/mnist/"

var dt tensor.Dtype

func parseDtype() {
	switch *dtype {
	case "float64":
		dt = tensor.Float64
	case "float32":
		dt = tensor.Float32
	default:
		log.Fatalf("Unknown dtype: %v", *dtype)
	}
}

type sli struct {
	start, end int
}

func (s sli) Start() int { return s.start }
func (s sli) End() int   { return s.end }
func (s sli) Step() int  { return 1 }

type convnet struct {
	g                  *gorgonia.ExprGraph
	w0, w1, w2, w3, w4 *gorgonia.Node // weights. the number at the back indicates which layer it's used for
	d0, d1, d2, d3     float64        // dropout probabilities

	out *gorgonia.Node
}

func newConvNet(g *gorgonia.ExprGraph) *convnet {
	w0 := gorgonia.NewTensor(g, dt, 4, gorgonia.WithShape(32, 1, 3, 3), gorgonia.WithName("w0"), gorgonia.WithInit(gorgonia.GlorotN(1.0)))
	w1 := gorgonia.NewTensor(g, dt, 4, gorgonia.WithShape(64, 32, 3, 3), gorgonia.WithName("w1"), gorgonia.WithInit(gorgonia.GlorotN(1.0)))
	w2 := gorgonia.NewTensor(g, dt, 4, gorgonia.WithShape(128, 64, 3, 3), gorgonia.WithName("w2"), gorgonia.WithInit(gorgonia.GlorotN(1.0)))
	w3 := gorgonia.NewMatrix(g, dt, gorgonia.WithShape(128*3*3, 625), gorgonia.WithName("w3"), gorgonia.WithInit(gorgonia.GlorotN(1.0)))
	w4 := gorgonia.NewMatrix(g, dt, gorgonia.WithShape(625, 10), gorgonia.WithName("w4"), gorgonia.WithInit(gorgonia.GlorotN(1.0)))
	return &convnet{
		g:  g,
		w0: w0,
		w1: w1,
		w2: w2,
		w3: w3,
		w4: w4,

		d0: 0.2,
		d1: 0.2,
		d2: 0.2,
		d3: 0.55,
	}
}

func (m *convnet) learnables() gorgonia.Nodes {
	return gorgonia.Nodes{m.w0, m.w1, m.w2, m.w3, m.w4}
}

// This function is particularly verbose for educational reasons. In reality, you'd wrap up the layers within a layer struct type and perform per-layer activations
func (m *convnet) fwd(x *gorgonia.Node) (err error) {
	var c0, c1, c2, fc *gorgonia.Node
	var a0, a1, a2, a3 *gorgonia.Node
	var p0, p1, p2 *gorgonia.Node
	var l0, l1, l2, l3 *gorgonia.Node

	// LAYER 0
	// here we convolve with stride = (1, 1) and padding = (1, 1),
	// which is your bog standard convolution for convnet
	if c0, err = gorgonia.Conv2d(x, m.w0, tensor.Shape{3, 3}, []int{1, 1}, []int{1, 1}, []int{1, 1}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 0 Convolution failed")
	}
	if a0, err = gorgonia.Rectify(c0); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 0 activation failed")
	}
	if p0, err = gorgonia.MaxPool2D(a0, tensor.Shape{2, 2}, []int{0, 0}, []int{2, 2}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 0 Maxpooling failed")
	}
	log.Printf("p0 shape %v", p0.Shape())
	if l0, err = gorgonia.Dropout(p0, m.d0); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Unable to apply a dropout")
	}

	// Layer 1
	if c1, err = gorgonia.Conv2d(l0, m.w1, tensor.Shape{3, 3}, []int{1, 1}, []int{1, 1}, []int{1, 1}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 1 Convolution failed")
	}
	if a1, err = gorgonia.Rectify(c1); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 1 activation failed")
	}
	if p1, err = gorgonia.MaxPool2D(a1, tensor.Shape{2, 2}, []int{0, 0}, []int{2, 2}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 1 Maxpooling failed")
	}
	if l1, err = gorgonia.Dropout(p1, m.d1); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Unable to apply a dropout to layer 1")
	}

	// Layer 2
	if c2, err = gorgonia.Conv2d(l1, m.w2, tensor.Shape{3, 3}, []int{1, 1}, []int{1, 1}, []int{1, 1}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 2 Convolution failed")
	}
	if a2, err = gorgonia.Rectify(c2); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 2 activation failed")
	}
	if p2, err = gorgonia.MaxPool2D(a2, tensor.Shape{2, 2}, []int{0, 0}, []int{2, 2}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Layer 2 Maxpooling failed")
	}
	log.Printf("p2 shape %v", p2.Shape())

	var r2 *gorgonia.Node
	b, c, h, w := p2.Shape()[0], p2.Shape()[1], p2.Shape()[2], p2.Shape()[3]
	if r2, err = gorgonia.Reshape(p2, tensor.Shape{b, c * h * w}); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Unable to reshape layer 2")
	}
	log.Printf("r2 shape %v", r2.Shape())
	if l2, err = gorgonia.Dropout(r2, m.d2); err != nil {
		return errors.Wrap(err, "Unable to apply a dropout on layer 2")
	}

	ioutil.WriteFile("tmp.dot", []byte(m.g.ToDot()), 0644)

	// Layer 3
	if fc, err = gorgonia.Mul(l2, m.w3); err != nil {
		return errors.Wrapf(err, "Unable to multiply l2 and w3")
	}
	if a3, err = gorgonia.Rectify(fc); err != nil {
		return errors.Wrapf(err, "Unable to activate fc")
	}
	if l3, err = gorgonia.Dropout(a3, m.d3); err != nil {
		return errors.Wrapf(err, "Unable to apply a dropout on layer 3")
	}

	// output decode
	var out *gorgonia.Node
	if out, err = gorgonia.Mul(l3, m.w4); err != nil {
		return errors.Wrapf(err, "Unable to multiply l3 and w4")
	}
	m.out, err = gorgonia.SoftMax(out)
	return
}

func main() {
	flag.Parse()
	parseDtype()
	rand.Seed(1337)

	// intercept Ctrl+C
	sigChan := make(chan os.Signal, 1)
	signal.Notify(sigChan, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
	doneChan := make(chan bool, 1)

	var inputs, targets tensor.Tensor
	var err error

	go func() {
		log.Println(http.ListenAndServe("localhost:6060", nil))
	}()

	trainOn := *dataset
	if inputs, targets, err = mnist.Load(trainOn, loc, dt); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// the data is in (numExamples, 784).
	// In order to use a convnet, we need to massage the data
	// into this format (batchsize, numberOfChannels, height, width).
	//
	// This translates into (numExamples, 1, 28, 28).
	//
	// This is because the convolution operators actually understand height and width.
	//
	// The 1 indicates that there is only one channel (MNIST data is black and white).
	numExamples := inputs.Shape()[0]
	bs := *batchsize
	// todo - check bs not 0

	if err := inputs.Reshape(numExamples, 1, 28, 28); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	g := gorgonia.NewGraph()
	x := gorgonia.NewTensor(g, dt, 4, gorgonia.WithShape(bs, 1, 28, 28), gorgonia.WithName("x"))
	y := gorgonia.NewMatrix(g, dt, gorgonia.WithShape(bs, 10), gorgonia.WithName("y"))
	m := newConvNet(g)
	if err = m.fwd(x); err != nil {
		log.Fatalf("%+v", err)
	}
	losses := gorgonia.Must(gorgonia.HadamardProd(m.out, y))
	cost := gorgonia.Must(gorgonia.Mean(losses))
	cost = gorgonia.Must(gorgonia.Neg(cost))

	// we wanna track costs
	var costVal gorgonia.Value
	gorgonia.Read(cost, &costVal)

	// if _, err = gorgonia.Grad(cost, m.learnables()...); err != nil {
	// 	log.Fatal(err)
	// }

	// debug
	// ioutil.WriteFile("fullGraph.dot", []byte(g.ToDot()), 0644)
	// log.Printf("%v", prog)
	// logger := log.New(os.Stderr, "", 0)
	// vm := gorgonia.NewTapeMachine(g, gorgonia.BindDualValues(m.learnables()...), gorgonia.WithLogger(logger), gorgonia.WithWatchlist())

	prog, locMap, _ := gorgonia.Compile(g)
	log.Printf("%v", prog)

	vm := gorgonia.NewTapeMachine(g, gorgonia.WithPrecompiled(prog, locMap), gorgonia.BindDualValues(m.learnables()...))
	solver := gorgonia.NewRMSPropSolver(gorgonia.WithBatchSize(float64(bs)))
	defer vm.Close()
	// pprof
	// handlePprof(sigChan, doneChan)

	var profiling bool
	if *cpuprofile != "" {
		f, err := os.Create(*cpuprofile)
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
		profiling = true
		pprof.StartCPUProfile(f)
		defer pprof.StopCPUProfile()
	}
	go cleanup(sigChan, doneChan, profiling)

	batches := numExamples / bs
	log.Printf("Batches %d", batches)
	bar := pb.New(batches)
	bar.SetRefreshRate(time.Second)
	bar.SetMaxWidth(80)

	for i := 0; i < *epochs; i++ {
		bar.Prefix(fmt.Sprintf("Epoch %d", i))
		bar.Set(0)
		bar.Start()
		for b := 0; b < batches; b++ {
			start := b * bs
			end := start + bs
			if start >= numExamples {
				break
			}
			if end > numExamples {
				end = numExamples
			}

			var xVal, yVal tensor.Tensor
			if xVal, err = inputs.Slice(sli{start, end}); err != nil {
				log.Fatal("Unable to slice x")
			}

			if yVal, err = targets.Slice(sli{start, end}); err != nil {
				log.Fatal("Unable to slice y")
			}
			if err = xVal.(*tensor.Dense).Reshape(bs, 1, 28, 28); err != nil {
				log.Fatalf("Unable to reshape %v", err)
			}

			gorgonia.Let(x, xVal)
			gorgonia.Let(y, yVal)
			if err = vm.RunAll(); err != nil {
				log.Fatalf("Failed at epoch  %d: %v", i, err)
			}
			solver.Step(gorgonia.NodesToValueGrads(m.learnables()))
			vm.Reset()
			bar.Increment()
		}
		log.Printf("Epoch %d | cost %v", i, costVal)

	}
}

func cleanup(sigChan chan os.Signal, doneChan chan bool, profiling bool) {
	select {
	case <-sigChan:
		log.Println("EMERGENCY EXIT!")
		if profiling {
			log.Println("Stop profiling")
			pprof.StopCPUProfile()
		}
		os.Exit(1)

	case <-doneChan:
		return
	}
}

func handlePprof(sigChan chan os.Signal, doneChan chan bool) {
	var profiling bool
	if *cpuprofile != "" {
		f, err := os.Create(*cpuprofile)
		if err != nil {
			log.Fatal(err)
		}
		profiling = true
		pprof.StartCPUProfile(f)
		defer pprof.StopCPUProfile()
	}
	go cleanup(sigChan, doneChan, profiling)
}

使用 Gorgonia 的主要原因是开发人员的舒适度。如果您广泛使用 Go 技术栈,现在您可以在熟悉且舒适的环境中创建可用于生产的机器学习系统。

Gorgonia 目前性能相当出色——其速度与 PyTorch 和 Tensorflow 的 CPU 实现相当。由于 CGO 负担过重,GPU 实现的比较略显困难,但请放心,这是一个正在积极改进的领域。

相关推荐

win7计算机图标怎么弄出来(win7怎么设置计算机图标)

您好,如果您的Win7桌面图标不见了,可以尝试以下方法:1.右键点击桌面的空白处,点击查看之后点击显示桌面图标。2.如果第一种方法不起作用,可以使用组合键“ctrl键+alt键+delete键”,...

usb打印机改wifi打印机(usb打印机改无线网络打印机)

首先要把打印机通过USB端口连接到路由器上,连接成功后路由器上的USB指示灯会亮。然后在需要使用网络打印机的电脑上安装打印机的驱动程序,这样才能够正常使用打印服务器连接的打印机。登录路由器,在左侧的系...

windows7没pdf打印机(win7系统自带的打印pdf找不到了)

建议安装Acrobat9,并安装9.1.3的AdobeReader/Acrobat的更新,去官网搜索即可,如果现有版本是9.1.0,则9.1.2和9.1.3的更新均需要安装.我实验的结果时9.0...

有两台iphone一台忘记密码(有两台iphone一台忘记锁屏密码)

iphone的锁屏密码输入错误次数过多,显示iphone已停用。解决办法:第一步:电脑上装好iTunes,并打开。第二步:关手机,插上数据线,注意只插手机这一端,先不接电脑。第三步:按住手机上的Hom...

快用苹果助手官网进不去(快用苹果助手怎么下载不了)

要在指定的网址上登录下载,苹果手机没有自动授信不能下载

电脑桌面图标的隐藏方法(电脑桌面图标的隐藏方法)
  • 电脑桌面图标的隐藏方法(电脑桌面图标的隐藏方法)
  • 电脑桌面图标的隐藏方法(电脑桌面图标的隐藏方法)
  • 电脑桌面图标的隐藏方法(电脑桌面图标的隐藏方法)
  • 电脑桌面图标的隐藏方法(电脑桌面图标的隐藏方法)
安装本地打印机的方法和步骤
  • 安装本地打印机的方法和步骤
  • 安装本地打印机的方法和步骤
  • 安装本地打印机的方法和步骤
  • 安装本地打印机的方法和步骤
复制快捷键ctrl+c(复制快捷键ctrl+c还有什么)

ctrl+c:复制;ctrl+v:粘贴,其他快捷键如下:Ctrl+Z撤消操作Ctrl+Y:恢复操作Delete(或Ctrl+D):删除所选的项目,将其移至回收站Shift+Delet...

微信主页背景墙壁纸怎么设置
  • 微信主页背景墙壁纸怎么设置
  • 微信主页背景墙壁纸怎么设置
  • 微信主页背景墙壁纸怎么设置
  • 微信主页背景墙壁纸怎么设置
校园网wifi免认证软件(校园网统一身份认证平台)

这个不存在犯法不犯法的问题,也就是说学校的网络是给你便捷使用的,反正都是给你使用的,你如何登录都没有任何的关系,其次就是你自己办的网的话,你有权利随意的更改,没办网的话那你就用学校的。1这是不道德和...

如何查看windows激活密钥(查看windows激活密钥命令)

可以按照以下步骤查看Windows系统的激活密钥:1.首先打开命令提示符,可通过在搜索栏中输入"cmd",然后右键管理员身份打开。2.在打开的命令提示符窗口中输入指令:slmgr/d...

dlink路由器(dlink路由器无法连接网络)

设置D-Link无线路由器无线桥接的具体步骤如下:1、将电脑与路由器的任意lan口连接,打开浏览器输入192.168.1.1,进入路由器管理页面。点击lan口设置,将lan口ip改为192.168.2...

c5game开箱网(c5game开箱网是正规的吗)

苹果c5game开箱操作很简单,首先进入c5game网站,选择打开自己的背包,然后找到自己想要开箱的物品,点击开箱按钮即可。在开箱过程中,会弹出一个开箱界面,按照界面提示进行操作,等待开箱过程结束即可...

ps5官网(playstation 官网)

在官网买ps5需要玩家收到预购邀请才可以。索尼决定遴选出一批忠实玩家,率先向其提供PS5实机预定服务,数量有限,先到先得。玩家只需在PlayStation.com网站完成注册手续。若有幸等到预购邀请电...

笔记本添加打印机步骤(电脑添加打印机步骤)
  • 笔记本添加打印机步骤(电脑添加打印机步骤)
  • 笔记本添加打印机步骤(电脑添加打印机步骤)
  • 笔记本添加打印机步骤(电脑添加打印机步骤)
  • 笔记本添加打印机步骤(电脑添加打印机步骤)