实用指南:TensorFlow2 Python深度学习 - 深度学习概述

news/2025/10/22 11:06:31/文章来源:https://www.cnblogs.com/wzzkaifa/p/19157488

锋哥原创的Scikit-learn Python机器学习视频教程:

https://www.bilibili.com/video/BV1X5xVz6E4w/

课程介绍

本课程主要讲解基于TensorFlow2的Python深度学习知识,包括深度学习概述,TensorFlow2框架入门知识,以及卷积神经网络(CNN),循环神经网络(RNN),生成对抗网络(GAN),模型保存与加载等。

TensorFlow2 Python深度学习 - 深度学习概述

深度学习简介

深度学习是机器学习的一个分支,它试图模拟人脑的工作方式,通过多层的"神经元"网络来学习和理解数据中的复杂模式。

具体通俗的例子:

想象一下教小孩认识猫:

  • 传统编程:我们告诉孩子"猫有尖耳朵、胡须、四条腿..."

  • 机器学习:我们给孩子看很多猫的图片,让孩子自己总结特征

  • 深度学习:大家给孩子看海量的猫图片,孩子的大脑会自动学习从简单到困难的特征(边缘→形状→局部特征→整体)

深度学习与机器学习的区别

特征工程的革命
  • 传统机器学习:需要人工设计特征

    • 比如:为了识别猫,需要手动提取颜色、纹理、形状等特征

  • 深度学习:自动学习特征

    • 网络自己学习什么特征最重要

性能对比
方面传统机器学习深度学习
数据量小资料表现好大数据优势明显
特征工程需要专家知识自动特征学习
计算需求相对较低需要强大算力(GPU)
可解释性相对较好"黑箱"问题

CPU vs GPU

CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)是计算机系统中的两种主要硬件,它们各自有不同的设计和用途。以下是它们的主要区别:

  1. 功能

  • CPU:关键负责计算机的所有核心处理任务,执行操作系统指令、运行应用程序等,适用于广泛的任务。

  • GPU处理图像、视频和图形计算。它通常处理并行计算任务,如3D图形渲染、机器学习训练等。就是:专门用于图形渲染,特定

  1. 结构

  • CPU:通常拥有少量的核心(例如4核、8核),每个核心处理任务的能力非常强,但它们的并行处理能力相对较弱。CPU擅长单线程处理任务。

  • GPU:拥有大量的核心(如数百到数千个核心),每个核心相对较简单,但它们能够同时执行大量的相同或相似任务,因此适合并行计算。

  1. 处理任务

  • CPU:擅长执行艰难的、需要频繁分支和决策的计算任务,如操作系统管理、数据库查询、文字处理等。

  • GPU:擅长执行高度并行的计算任务,如图像渲染、视频处理、深度学习、科学计算等。

  1. 性能

  • CPU:尽管每个核心性能强大,但并行处理能力较弱,适合处理较艰难的任务,但在多任务并行处理时不如GPU。

  • GPU:由于其拥有大量的核心,它在处理可以并行化的任务时,性能要远远超过CPU,尤其是在图形和深度学习等领域。

  1. 功耗

  • CPU:通常功耗较低,适用于日常计算需求。

  • GPU:因为有大量的核心,功耗较高,尤其在进行图形渲染或深度学习训练时。

  1. 使用场景

  • CPU:主要用于日常计算任务,如操作系统运行、软件应用、浏览网页等。

  • GPU:主要用于需要大量并行计算的场景,如3D游戏、视频解码、图像处理、深度学习、科学计算等。

总结:

  • CPU:通用性强,适合复杂任务和决策性任务,核心数较少,但每个核心强大。

  • GPU:专门用于并行计算,适合大规模数据处理和图形渲染,核心数多,但每个核心较简便。

简单来说,CPU适合处理复杂的单一任务,而GPU则擅长处理大量相同的并行任务。

深度学习的应用领域

计算机视觉
  • 图像分类:识别图片中的物体

  • 目标检测:找出图中物体的位置

  • 图像生成:创建新的图像(如DALL-E、Stable Diffusion)

自然语言处理
  • 机器翻译:Google Translate、DeepL

  • 文本生成:ChatGPT、文心一言

  • 情感分析:分析文本的情感倾向

语音识别
  • 智能助手:Siri、小爱同学

  • 语音转文字:会议记录、字幕生成

其他领域
  • 自动驾驶:环境感知、决策控制

  • 医疗诊断:医学影像分析、药物发现

  • 推荐系统:电商、视频平台的内容推荐

深度学习框架介绍

TensorFlow 2.x

开发公司:Google当前状态:业界最流行的生产级框架

核心特点

  • Keras深度集成:简单易用的高级API

  • 生产就绪:完整的从研究到部署的生态

  • 跨平台支持:服务器、移动端、Web、嵌入式

  • 强大的可视化:TensorBoard工具

  • 丰富的预训练模型:TF Hub模型库

优势

  • 部署生态最完善(TensorFlow Serving, Lite,.js)

  • 社区庞大,资源丰富

  • 工业界应用广泛

劣势

  • 学习曲线相对陡峭(尽管TF2已简化)

  • 动态图调试不如PyTorch直观

适用场景

  • 生产环境部署

  • 大型企业项目

  • 端到端AI管道

  • 移动端和边缘设备

PyTorch

开发公司:Facebook (Meta)当前状态:学术界最流行的研究框架

核心特点

  • Pythonic设计:代码直观,易于调试

  • 动态计算图:更灵活的模型设计

  • 强大的研究生态:大量最新论文实现

  • 优秀的调试体验:与Python调试器完美集成

优势

  • 研究社区活跃,新算法建立快

  • 代码简洁,易于理解和修改

  • 动态图更适合可变长度输入

劣势

  • 生产部署相对复杂(虽然TorchServe在改善)

  • 移动端协助不如TensorFlow成熟

适用场景

  • 学术研究和实验

  • 需要高度灵活性的计划

  • 快速原型构建

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