人工智能框架，通常稱(chēng)為深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)框架，是提供工具、算法和資源以簡(jiǎn)化人工智能模型的創(chuàng)建、訓(xùn)練和部署的軟件庫(kù)或平臺(tái)。這些框架提供了高級(jí)接口和抽象層，使開(kāi)發(fā)人員和研究人員能夠?qū)Ｗ⒂跇?gòu)建和測(cè)試復(fù)雜的人工智能模型，而無(wú)需從頭開(kāi)始實(shí)現(xiàn)低級(jí)操作。
AI 框架提供許多功能，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型架構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化算法、自動(dòng)微分和模型部署。它們帶有預(yù)定義的構(gòu)建塊和應(yīng)用程序編程接口 (API)，使用戶(hù)能夠有效地構(gòu)建和訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
這些框架通常支持各種類(lèi)型的深度學(xué)習(xí)模型，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (CNN)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (RNN)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò) (GAN) 和 Transformer。它們還提供圖像分類(lèi)、對(duì)象檢測(cè)、自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識(shí)別和強(qiáng)化學(xué)習(xí)工具。
此外，AI 框架旨在利用圖形處理單元 (GPU)和分布式計(jì)算來(lái)處理大型數(shù)據(jù)集，從而顯著加快訓(xùn)練過(guò)程。它們包括模型評(píng)估、超參數(shù)調(diào)整和可視化機(jī)制，使用戶(hù)能夠有效地分析和解釋其 AI 模型的性能。
提供這些抽象的兩個(gè) AI 框架是 PyTorch 和 TensorFlow。兩者都提供了用于構(gòu)建和訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型的強(qiáng)大工具和庫(kù)。
選擇正確的框架至關(guān)重要，因?yàn)樗鼤?huì)極大地影響 AI 項(xiàng)目的效率和成功。此選擇取決于易用性、性能、可擴(kuò)展性、社區(qū)支持以及項(xiàng)目的具體要求等因素。
在本文中，我們將對(duì) PyTorch 和 TensorFlow 進(jìn)行全面的比較分析。我們將探討它們的發(fā)展歷史、主要功能以及它們?cè)诟鱾€(gè)方面的比較。我們的目標(biāo)是突出每個(gè)框架的優(yōu)勢(shì)并提供明智的見(jiàn)解，以幫助您為您的 AI 項(xiàng)目選擇最佳框架。
什么是 PyTorch？
1、歷史與發(fā)展
PyTorch 是一個(gè)開(kāi)源機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)，以靈活性和易用性而聞名。它主要以高效處理動(dòng)態(tài)計(jì)算圖、表示數(shù)學(xué)運(yùn)算及其在深度學(xué)習(xí)中的相互關(guān)系而聞名。
PyTorch最初由 Meta AI（前身為 Facebook AI）開(kāi)發(fā)，于 2016 年 9 月正式發(fā)布。不過(guò)，該庫(kù)的治理已轉(zhuǎn)移到Linux 基金會(huì)的一部分PyTorch 基金會(huì)，以確保其在 AI 社區(qū)內(nèi)更廣泛利益相關(guān)者的投入下持續(xù)成長(zhǎng)和發(fā)展。
PyTorch是從 Torch 庫(kù)演變而來(lái)的，后者主要用Lua編寫(xiě)。Torch以其強(qiáng)大的計(jì)算框架而聞名，但受到不太流行的 Lua 編程語(yǔ)言的限制。PyTorch 改編并擴(kuò)展了 Torch 的功能，提供了一個(gè) Python 接口，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的可訪問(wèn)性和易用性，以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)社區(qū)對(duì)Python日益增長(zhǎng)的需求和普及。
PyTorch 是一個(gè)開(kāi)源機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)，以其靈活性和易用性而聞名。它尤其以高效處理動(dòng)態(tài)計(jì)算圖而聞名，這些圖表示數(shù)學(xué)運(yùn)算及其在深度學(xué)習(xí)中的相互關(guān)系。
PyTorch最初由Meta AI（前身為 Facebook AI）開(kāi)發(fā)，于 2016 年 9 月正式發(fā)布。該庫(kù)的治理現(xiàn)已過(guò)渡到Linux 基金會(huì)的一部分PyTorch 基金會(huì)，以確保其在 AI 社區(qū)內(nèi)更廣泛利益相關(guān)者的投入下持續(xù)成長(zhǎng)和發(fā)展。
PyTorch 是從Torch庫(kù)演變而來(lái)的，后者主要用Lua編寫(xiě)。Torch 以其強(qiáng)大的計(jì)算框架而聞名，但受到不太流行的 Lua 編程語(yǔ)言的限制。PyTorch 改編并擴(kuò)展了 Torch 的功能，提供了一個(gè) Python 接口，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的可訪問(wèn)性和易用性，以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)社區(qū)對(duì)Python日益增長(zhǎng)的需求和普及度。
2、PyTorch 會(huì)取代 TensorFlow 嗎？
一個(gè)框架不太可能取代另一個(gè)框架。兩個(gè)框架都針對(duì)不同的需求提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，在不同場(chǎng)景中共存并表現(xiàn)出色。
3、主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
動(dòng)態(tài)計(jì)算圖：PyTorch 使用動(dòng)態(tài)計(jì)算圖（也稱(chēng)為Autograd），可以靈活地構(gòu)建和修改神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。此功能使研究人員和開(kāi)發(fā)人員能夠動(dòng)態(tài)改變其 AI 模型的行為，從而使調(diào)試更加直觀且更省時(shí)。
Pythonic 特性：PyTorch 與 Python 深度集成，因此用戶(hù)友好且易于學(xué)習(xí)，尤其是對(duì)于熟悉 Python 編碼的用戶(hù)而言。這種集成催生了一個(gè)龐大的社區(qū)，為增強(qiáng) PyTorch 功能的許多工具和庫(kù)做出了貢獻(xiàn)。
強(qiáng)大的 GPU 加速支持：PyTorch 無(wú)縫支持CUDA ，可在NVIDIA GPU上實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算。這使其對(duì)于訓(xùn)練大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和處理數(shù)據(jù)密集型任務(wù)特別有效。
豐富的庫(kù)和工具：PyTorch 擁有眾多庫(kù)支持，例如TorchText、TorchVision和TorchAudio ，它們提供預(yù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)集、模型架構(gòu)和常用實(shí)用程序。這個(gè)全面的生態(tài)系統(tǒng)支持從自然語(yǔ)言處理到計(jì)算機(jī)視覺(jué)的廣泛應(yīng)用。
社區(qū)和研究支持：在Facebook AI Research (FAIR)和活躍的開(kāi)源社區(qū)的支持下，PyTorch 不斷更新。它在研究社區(qū)中的受歡迎程度確保了尖端技術(shù)經(jīng)常被集成到框架中。
4、典型用例和應(yīng)用
PyTorch 因其靈活性和以用戶(hù)為中心的設(shè)計(jì)而受到學(xué)術(shù)研究的青睞，該設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮用戶(hù)體驗(yàn)和適應(yīng)性。這使其成為各種應(yīng)用的理想選擇，尤其是那些需要快速實(shí)驗(yàn)和頻繁更新模型架構(gòu)的應(yīng)用，例如生成式 AI 模型和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。
如前所述，Autograd 允許快速更改，而無(wú)需從頭開(kāi)始重建模型，這極大地促進(jìn)了其在前沿研究中的采用。
主要公司和平臺(tái)也將 PyTorch 用于各種應(yīng)用，包括特斯拉的自動(dòng)駕駛儀和OpenAI 的深度學(xué)習(xí)模型，例如他們的GPT 模型。
什么是 TensorFlow？
1、歷史與發(fā)展
Google Brain 的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了 TensorFlow，這是一個(gè)用于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的開(kāi)源軟件庫(kù)。它于 2015 年正式推出，旨在成為一個(gè)多功能且高度可擴(kuò)展的框架，適用于研究和生產(chǎn)應(yīng)用。TensorFlow 因其對(duì)多維數(shù)據(jù)數(shù)組或張量的操作而得名，它已從 Google 的內(nèi)部工具轉(zhuǎn)變?yōu)槿蜃顝V泛采用的機(jī)器學(xué)習(xí)框架之一。
TensorFlow 最初的設(shè)想是克服其前身DistBelief的局限性，旨在解決靈活性和可擴(kuò)展性問(wèn)題。它通過(guò)提供全面且適應(yīng)性強(qiáng)的工具、庫(kù)和社區(qū)資源生態(tài)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，為該領(lǐng)域樹(shù)立了新標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展，推動(dòng)了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展。
2、主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
TensorFlow 中的 Eager Execution：與 PyTorch 的動(dòng)態(tài)圖方法不同，TensorFlow 歷來(lái)依賴(lài)于靜態(tài)計(jì)算圖，直到 2.0 版。然而，TensorFlow 2.0 引入了Eager Execution作為默認(rèn)設(shè)置，更接近 PyTorch 的靈活性，同時(shí)保留了靜態(tài)圖優(yōu)化選項(xiàng)，從而提高了計(jì)算效率和模型部署。
廣泛的工具和庫(kù)：TensorFlow 在其核心框架之外提供了廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。其中包括用于移動(dòng)和嵌入式設(shè)備的TensorFlow Lite 、用于瀏覽器中的機(jī)器學(xué)習(xí)的TensorFlow.js 、用于端到端 ML 管道的TensorFlow Extended (TFX)等。
強(qiáng)大的生產(chǎn)部署：TensorFlow 在生產(chǎn)環(huán)境中表現(xiàn)出色，它提供的工具可簡(jiǎn)化跨不同平臺(tái)的模型部署，且只需進(jìn)行最少的調(diào)整。值得注意的是，TensorFlow Serving支持模型版本控制，并提供了可靠的解決方案，可在不停機(jī)的情況下部署更新的模型。
強(qiáng)大的社區(qū)和行業(yè)采用：在 Google 和蓬勃發(fā)展的社區(qū)的支持下，TensorFlow 不斷發(fā)展，并受益于大量教程、課程和文檔。它在各個(gè)行業(yè)中被廣泛用于商業(yè)應(yīng)用，使其成為目前最受支持和最先進(jìn)的 ML 框架之一。
3、典型用例和應(yīng)用
TensorFlow 廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域，服務(wù)于從深度學(xué)習(xí)研究到實(shí)際產(chǎn)品部署等各種應(yīng)用。它的可擴(kuò)展性和豐富的工具使其非常適合訓(xùn)練復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及處理自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和預(yù)測(cè)分析。
各行各業(yè)都高度依賴(lài) TensorFlow 來(lái)制定 AI 驅(qū)動(dòng)的解決方案。它管理大規(guī)模高維數(shù)據(jù)的能力使其成為欺詐檢測(cè)、個(gè)性化推薦、語(yǔ)音識(shí)別、醫(yī)療診斷等任務(wù)不可或缺的工具。
4、TensorFlow 比 PyTorch 更好嗎？
沒(méi)有絕對(duì)的“更好”的選擇；選擇取決于您的項(xiàng)目要求。以下是簡(jiǎn)要比較：
TensorFlow：成熟，適合大型項(xiàng)目和部署，但學(xué)習(xí)曲線(xiàn)較陡峭。
PyTorch：用戶(hù)友好，適合研究和快速原型設(shè)計(jì)，但部署目的不太成熟。
PyTorch 與 TensorFlow 對(duì)比分析
這兩個(gè)框架都很棒，但以下是它們?cè)谀承╊?lèi)別中的比較：
1、PyTorch 與 TensorFlow：易用性
PyTorch 的直觀方法源于其動(dòng)態(tài)計(jì)算圖，允許自然編碼和調(diào)試。與 TensorFlow 的靜態(tài)計(jì)算圖不同，PyTorch 的動(dòng)態(tài)圖是在執(zhí)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)構(gòu)建的，提供了模型設(shè)計(jì)和調(diào)試靈活性。這種靈活性使其對(duì)初學(xué)者和處理需要頻繁調(diào)整和實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜項(xiàng)目的研究人員很有吸引力。
TensorFlow 1.0 版的靜態(tài)計(jì)算圖導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度加大。然而，TensorFlow 2.0 引入了 Eager Execution，為初學(xué)者提供了更大的靈活性并簡(jiǎn)化了入門(mén)。這縮小了兩個(gè)框架在用戶(hù)友好性方面的差距。TensorFlow 2.0 中實(shí)現(xiàn)的 Eager Execution 無(wú)需構(gòu)建圖即可立即計(jì)算操作，類(lèi)似于 PyTorch 的方法，并增強(qiáng)了 TensorFlow 的交互性和簡(jiǎn)單性。此外，TensorFlow 的 Keras 集成簡(jiǎn)化了模型設(shè)計(jì)和執(zhí)行。
2、PyTorch 與 TensorFlow：性能
在性能基準(zhǔn)測(cè)試中，PyTorch 在某些領(lǐng)域表現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，尤其是訓(xùn)練速度。一些基準(zhǔn)測(cè)試表明，與 TensorFlow 相比，PyTorch 的訓(xùn)練時(shí)間更快。然而，TensorFlow 的內(nèi)存效率更高，在訓(xùn)練期間需要的 RAM 更少，這對(duì)于大型應(yīng)用程序或處理大量數(shù)據(jù)集至關(guān)重要。
然而，PyTorch 在原始速度方面可能落后于 TensorFlow 的具體領(lǐng)域尚未達(dá)成一致，因?yàn)樾阅芸赡芤蚧鶞?zhǔn)測(cè)試的任務(wù)、環(huán)境和模型而異。TensorFlow 及其靜態(tài)計(jì)算圖隨著時(shí)間的推移，尤其是在生產(chǎn)環(huán)境中，速度和效率不斷優(yōu)化。這些優(yōu)化可以提高某些大型應(yīng)用程序的性能，或者在使用專(zhuān)為提高性能而設(shè)計(jì)的特定 TensorFlow 功能時(shí)提高性能。
3、PyTorch 與 TensorFlow：分布式訓(xùn)練和部署
與 PyTorch 相比，TensorFlow 的分布式訓(xùn)練和模型服務(wù)（尤其是通過(guò) TensorFlow Serving）在部署場(chǎng)景的可擴(kuò)展性和效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。雖然 PyTorch 在這些領(lǐng)域取得了進(jìn)展，包括 TorchScript 等功能和對(duì)分布式訓(xùn)練的原生支持，但 TensorFlow 在該領(lǐng)域的悠久歷史已經(jīng)為大規(guī)模部署培育了一個(gè)更成熟的生態(tài)系統(tǒng)。
必須認(rèn)識(shí)到，這兩個(gè)框架都在不斷發(fā)展，特定任務(wù)的性能差距可能會(huì)隨著每個(gè)新版本的發(fā)布而發(fā)生變化。因此，在 PyTorch 和 TensorFlow 之間進(jìn)行選擇時(shí)，建議考慮最新的基準(zhǔn)、社區(qū)反饋以及項(xiàng)目對(duì)易用性、靈活性和可擴(kuò)展性的特定要求。
4、PyTorch 與 TensorFlow：支持和社區(qū)
TensorFlow 擁有 Google 的強(qiáng)大支持、廣泛的用戶(hù)群以及豐富的教程、文檔和社區(qū)論壇。這種全面的支持網(wǎng)絡(luò)使其成為可靠的選擇，尤其是對(duì)于行業(yè)應(yīng)用和尋求長(zhǎng)期穩(wěn)定性的用戶(hù)而言。
與此同時(shí)，PyTorch 擁有強(qiáng)大且不斷擴(kuò)展的社區(qū)，尤其是在學(xué)術(shù)和研究領(lǐng)域。它提供全面的文檔和社區(qū)支持，讓新手和研究人員都可以輕松使用它。
5、PyTorch 與 TensorFlow：靈活性和可用性
PyTorch 的動(dòng)態(tài)計(jì)算圖提供了卓越的靈活性，使其成為需要頻繁更改和實(shí)驗(yàn)方法的項(xiàng)目的理想選擇。這一特性推動(dòng)了 PyTorch 的流行，尤其是在研究界和那些偏愛(ài)更 Pythonic 編碼風(fēng)格的人中。
相反，TensorFlow 通過(guò) TensorFlow 2.0 和 Keras 提供了顯著的靈活性，與早期版本相比，可以更輕松、更直觀地設(shè)計(jì)模型。雖然傳統(tǒng)上人們認(rèn)為 TensorFlow 的靈活性不如 PyTorch，但最近的改進(jìn)已經(jīng)大大彌補(bǔ)了這一差距。
6、PyTorch 與 TensorFlow：集成和兼容性
TensorFlow 在集成方面表現(xiàn)出色，提供龐大的生態(tài)系統(tǒng)，包括用于端到端 ML 管道的 TensorFlow Extended、用于移動(dòng)設(shè)備的 TensorFlow Lite 和用于基于瀏覽器的應(yīng)用程序的 TensorFlow.js。這個(gè)全面的套件增強(qiáng)了 TensorFlow 在各種平臺(tái)和用例中的多功能性。
PyTorch 在擴(kuò)大其生態(tài)系統(tǒng)方面取得了顯著進(jìn)展，引入了 TorchServe 等工具用于模型服務(wù)，以及 TorchScript 用于將 PyTorch 模型轉(zhuǎn)換為可以獨(dú)立于 Python 運(yùn)行的格式。盡管如此，它在可用集成選項(xiàng)的范圍和深度方面略遜于 TensorFlow。
7、PyTorch 與 TensorFlow：行業(yè)采用情況
TensorFlow 憑借其可擴(kuò)展性、性能和全面的工具在行業(yè)環(huán)境中得到廣泛采用。這使得它適用于從初創(chuàng)公司到大型企業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。它在穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性至關(guān)重要的生產(chǎn)環(huán)境中尤其突出。
PyTorch 得到了迅速采用，尤其是在研究和學(xué)術(shù)界。其用戶(hù)友好的界面、靈活性和強(qiáng)大的性能也使其在行業(yè)環(huán)境中越來(lái)越受歡迎，尤其是在初創(chuàng)公司和強(qiáng)調(diào)快速開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新的公司中。
結(jié)論
在 PyTorch 和 TensorFlow 之間進(jìn)行選擇時(shí)，請(qǐng)考慮項(xiàng)目的具體要求和限制：
如果您從事需要靈活性和易用性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或者您深入?yún)⑴c學(xué)術(shù)研究，請(qǐng)選擇 PyTorch。
如果您專(zhuān)注于部署大規(guī)模、生產(chǎn)級(jí)應(yīng)用程序，或者需要一個(gè)為端到端 ML 管道開(kāi)發(fā)提供廣泛工具和集成的框架，那么 TensorFlow 可能是您的首選。
PyTorch 和 TensorFlow 為開(kāi)發(fā)和部署機(jī)器學(xué)習(xí)模型提供了強(qiáng)大的功能。隨著人工智能行業(yè)的發(fā)展，這些框架通過(guò)整合新功能和增強(qiáng)功能來(lái)快速適應(yīng)，以滿(mǎn)足研究人員和開(kāi)發(fā)人員的需求。在評(píng)估適合您的人工智能項(xiàng)目的框架時(shí)，了解最新發(fā)展和社區(qū)趨勢(shì)至關(guān)重要。
