1 2023年03月 深度学习-神经网络的编程基础 黄海广 副教授 2 本章目录 01 二分类与逻辑回归 02 梯度下降 03 计算图 04 向量化 3 1.二分类与逻辑回归 02 梯度下降 01 二分类与逻辑回归 03 计算图 04 向量化 4 符号定义 ?：表示一个??维数据，为输入数 据，维度为(??, 1)；

. . . . . . . . . . . . . . . . . 503 12.1.1 符号式编程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 12.1.2 混合式编程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 12.1.3 Sequential的混合式编程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 12.2 异步计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ，他们希望扎实掌握深度学习的实用技术。因为我们 从头开始解释每个概念，所以不需要过往的深度学习或机器学习背景。全面解释深度学习的方法需要一些数 学和编程，但我们只假设读者了解一些基础知识，包括线性代数、微积分、概率和非常基础的Python编程。 此外，在附录中，我们提供了本书所涵盖的大多数数学知识的复习。大多数时候，我们会优先考虑直觉和想 法，而不是数学的严谨性。有许多很棒的书可以引导感兴趣的读者走得更远。Bela

可避免地需要使用正式化的 数学符号推导，其中涉及到少量的概率与统计、线性代数、微积分等数学知识，一般要求读 者对这些数学知识有初步印象或了解即可。比起理论基础，读者需要有少量的编程经验，特 别是 Python 语言编程经验，显得更加重要，因为本书更侧重于实用性，而不是堆砌公式。 总的来说，本书适合于大学三年级左右的理工科本科生和研究生，以及其他对人工智能算法 感兴趣的朋友。 本书共 15 章，大体上可分为 信息技术是人类历史上的第三次工业革命，计算机、互联网、智能家居等技术的普及 极大地方便了人们的日常生活。通过编程的方式，人类可以将提前设计好的交互逻辑交给 机器重复且快速地执行，从而将人类从简单枯燥的重复劳动工作中解脱出来。但是对于需 要较高智能水平的任务，如人脸识别、聊天机器人、自动驾驶等任务，很难设计明确的逻 辑规则，传统的编程方式显得力不从心，而人工智能(Artificial Intelligence，简称 AI)是有 Torch 是一个非常优秀的科学计算库，基于较冷门的编程语言 Lua 开发。Torch 灵活性 较高，容易实现自定义网络层，这也是 PyTorch 继承获得的优良基因。但是由于 Lua 语言使用人群较少，Torch 一直未能获得主流应用。 ❑ MXNet 由华人陈天奇和李沐等人开发，是亚马逊公司的官方深度学习框架。采用了 命令式编程和符号式编程混合方式，灵活性高，运行速度快，文档和案例也较为丰

����������������� 11 概述 大家好，本章是主要介绍一下深度学习框架 Pytorch 的的历史与发展，主要模 块构成与基础操作代码演示。重点介绍 Pytorch 的各个组件、编程方式、环境 搭建、基础操作代码演示。本章对有 Pytorch 开发经验的读者来说可以直接跳 过；对初次接触 Pytorch 的读者来说，通过本章学习认识 Pytorch 框架，搭建 好 Pytorch 最初的来源历史可以追溯到另外两个 机器学习框架，第一个是 torch 框架，第二个是 Chainer，实 现了 Eager 模式与自动微分，Pytoch 集成了这两个框架的优 点， 把 Python 语言作为框架的首选编程语言，所以它的名字 是在 torch 的前面加上 Py 之后的 Pytorch。由于 Pytorch 吸 取了之前一些深度学习框架优点，开发难度大大降低、很容易 构建各种深度学习模型并实现分布式的训练，因此一发布就引 的压缩、量化、服务器端云化部署、推理端 SDK 支持等方面 Pytorch 也在不断的演化改进。 在操作系统与 SDK 支持方面，Pytorch 从最初的单纯支持 Python 语言到如今支持 Python/C++/Java 主流编程语言， 目前已经支持 Linux、Windows、MacOS 等主流的操作系统、 同时全面支持 Android 与 iOS 移动端部署。 在版本发布管理方面，Pytorch 分为三种不同的版本分别是稳

冷备容灾：基于checkpoint机制(Local模式&Remote模式)，实现参数服务的高可用，支持基于模型的异构集群迁移，支持集 群扩缩容 • 性能优化 • 通信优化：数据请求(PULL&PUSH)聚合，同模型多矩阵并发，锁粒度优化，性能提升5-10倍 • 缓存优化：使用堆外内存与LRU过期机制，解决GC引起的性能损耗，性能提升3-5倍 • 分区优化：支持多种分区策略（RANGE/HASH/MOD），解决数据倾 PS&MPI：DistributionStrategy API，统一分布式语义，解耦分布式架构与模型训练框架 • 使用FP16通信，使用FP32做计算，带宽压力降低一倍 • IO优化 • 多线程样本并发读取，样本读取与计算PIPELINE，实现计算与IO的overlap 4 深度学习-深度学习模型训练 • 分布式模型推理框架：WeiServing 异构CPU集群 kubernetes/ol-submit batching/TensorRT/MPS/SSE/AVX/Neon • operator fusion • 针对特定场景重写耗时算子 • 重构tensorflow计算引擎 • batching • 批量调度请求到GPU，增大并发和吞吐量 4 深度学习-分布式模型推理 • 深度特征效果对比 • 文本Embedding特征，相比于文本标签，相关指标提升约3+% • 基于word2vec、bert等生成embedding

索 l处理数万到数十万路，城市范围级别监控、门禁摄 像头数据 l10-100 Billion级别深度学习特征检索 - PB以上级别数据库存储 - 100PB级别抓拍图片存储 - 每秒万次并发检索请求 l大规模推广应用 l某种程度上说，城市内所有市民都是系统的用户 深度学习算法发展为平台系统赋能 首次超过人眼 2014 2015 98.52% 97.35% 97.45% 人眼 CPU manager Device plugin 1.9 volume-awared scheduling Go语言在高性能系统中的实践经验 • 为什么用Go - 比起C++，更易于实践各种并发模式 - 比起Java，更加简洁，更易于与C/C++交互 - 比起脚本语言，类型和内存安全，保证重构效率与产品质量 - 完善的配套工具，如go test, gofmt, go lint, race-detector

数据读写需要加锁 � ⽀持多模型和模型多版本 困难 >15亿key/秒 近千台 只读版本 写版本 CPU型服务 Feature 2.2 Hotkey缓存优化 <10台 内存型服务 并发查询优化 数⼗台 ⽹络型服务 TB级模型实时上线 � 问题：TB模型实时多地传输和加载成本⾼ � ⽅案：⾼低频分别上线 � 更灵活的⽤法：模型多切⽚，按需上线 � Dssm � wdl

gradient 31 定义 网络 1 损失 函数 2 优化 3 深度学习的三个步骤 深度学习很简单…… 来源：李宏毅《1天搞懂深度学习》 32 3. 神经网络 torch.Tensor-支持自动编程操作（如backward()）的多维数组。同时保持梯度的张 量。 nn.Module-神经网络模块.封装参数,移动到GPU上运行,导出,加载等 nn.Parameter-一种张量,当把它赋值给一个Module时

它包含很多功能： · 创建n维数组（矩阵） · 对数组进行函数运算 · 数值积分 · 线性代数运算 · 傅里叶变换 · 随机数产生 ······ NumPy是什么？ 5 NumPy提供了许多高级的数值编程工具，如：矩阵数据类型、矢量处 理，以及精密的运算库。专为进行严格的数字处理而产生。多为很多大 型金融公司使用，以及核心的科学计算组织如：Lawrence Livermore， NASA 用其处理一些本来使用

3、用于整合C/C++和Fortran代码的工具包； 4、实用的线性代数、傅里叶变换和随机数生成函数。numpy和稀疏矩阵运算包scipy 配合使用更加方便。 NumPy（Numeric Python）提供了许多高级的数值编程工具，如：矩阵数据类型、 矢量处理，以及精密的运算库。专为进行严格的数字处理而产生。多为很多大型金融 公司使用，以及核心的科学计算组织如：Lawrence Livermore，NASA用其处理一些