前言

深度學習訓練的模型 如何快速地在工業(yè)應用中進行部署，這一直是工業(yè)領域深度學習技術應用的痛點。

我們來看下TIOBE 2020年7月 的 TOP 10 編程語言排行榜：

從上圖中可以看到，Python 占據(jù)了 第 3 名，C# 在 第 5 名。

在深度學習的科研和開發(fā)中，目前是以 Python 語言為主流，但是在傳統(tǒng)的工業(yè)生產環(huán)境中，依然是 微軟.NET 的天下，其中主要的開發(fā)語言為 C#。

那么，如何解決不同語言框架開發(fā)之間的兼容，如何快速有效地進行模型部署，接下來，我們介紹 Google 官方推薦 .NET 開發(fā)者使用的，同時也是 微軟 ML.NET 的底層深度學習框架之一的，來自 SciSharp 的 TensorFlow.NET 。

我們通過圖文的方式，來逐一看下 TensorFlow.NET 在工業(yè)應用中的各種優(yōu)勢。

1. 模型部署 無縫對接

當前生成環(huán)境的工業(yè)軟件主要有以下特點：

封閉性和保密性，數(shù)據(jù)敏感，無法接入外部互聯(lián)網(wǎng)；

整體軟件基礎架構自主開發(fā)；

運行速度和穩(wěn)定性要求高，離線單機設備多；

總結自己在工業(yè)中的深度學習應用案例，模型部署主要有以下 3 種方式，我們分別列舉其部署方式和優(yōu)缺點。其中，采用 TensorFlow.NET 的方式可以直接在 .NET [ C# ] 環(huán)境下，集成 GPU 訓練和推理，代碼塊可以直接嵌入現(xiàn)有的工業(yè)軟件框架，實現(xiàn)模型部署無縫對接。

1.1 Python GPU 訓練 + 推理

原理簡述

訓練：Python GPU版本 TensorFlow

推理：Python CPU or GPU版本 TensorFlow

模型部署：Python 加載模型，通過 Post 通訊，接收圖像進行推理，返回 Json 格式結果

優(yōu)缺點

優(yōu)點：服務器/客戶端分離，支持多客戶端并行運算

缺點：需要安裝和運行Python和.NET 2種框架，部署流程和架構復雜

圖示說明

通訊方式：

1.2 Python GPU 訓練 + TensorFlowSharp CPU 推理

原理簡述

訓練：Python GPU版本 TensorFlow

推理：CPU版本 TensorFlowSharp

模型部署：TensorFlowSharp 加載Python訓練出的模型，并直接進行推理

優(yōu)缺點

優(yōu)點：客戶端單一的 .NET 環(huán)境，部署簡單，代碼結構簡潔

缺點：TensorFlowSharp目前社區(qū)已不維護，無新版本支持，且無GPU版本支持 無法進行訓練

圖示說明

附：TensorFlowSharp 的GPU版本擴展

如果需要使用帶 GPU 的 TensorFlowSharp，就需要自己通過 C++ 編譯帶 Cuda 的 DLL，編譯流程如下：

（或參考Google官網(wǎng)的流程：https://www.tensorflow.org/install/source_windows）

安裝 Python 和 TensorFlow 軟件包依賴項

安裝 對應版本的 Bazel

安裝 MSYS2

安裝 Visual C++ 生成工具 2015

安裝 GPU 環(huán)境支持

下載 TensorFlow 源代碼

編譯腳本修改 適合自己的系統(tǒng)環(huán)境

使用編譯腳本進行編譯

將編譯后的DLL重命名為TensorFlowSharp默認的 libtensorflow.dll，并進行替換即可

上述流程整體還是較復雜的，其中編譯腳本修改的環(huán)節(jié)，可能會出現(xiàn)很多坑，需要自己去摸索。

1.3 TensorFlow.NET GPU 訓練 + 推理

終于來到我們的重點推薦框架，來自 SciSharp 社區(qū)的 TensorFlow.NET ，該框架同時支持 CPU 和 GPU 版本的模型訓練和推理，同時作者和社區(qū)成員們也在持續(xù)努力維護中，目前 TensorFlow 2.x 對應的框架已經(jīng)在開發(fā)中。

原理簡述

訓練：GPU 版本 TensorFlow.NET

推理：CPU or GPU 版本 TensorFlow.NET

模型部署：TensorFlow.NET GPU版本 訓練出的模型直接調用

優(yōu)缺點

優(yōu)點：

TensorFlow在.NET環(huán)境下的GPU支持

模型訓練和部署 可以在同1套程序中集成，無需外部通訊

Google官方推薦.NET開發(fā)者使用，同時作為ML.NET的底層深度學習框架

圖示說明

通過TensorFlow.NET，你可以輕松打造1套可視化交互式的深度學習集成軟件，支持GPU訓練和推理，同時通過DLL引用即可快速完成工業(yè)生產部署，所有的操作都在統(tǒng)一的.NET環(huán)境進行，可以將各操作類庫標準化封裝，部署便利性和穩(wěn)定性極高。

下述是作者基于TensorFlow.NET開發(fā)的一套機器視覺的深度學習通用平臺，集成了OpenCV的大量算子和深度學習模塊，同時實現(xiàn)大量可視化操作，可以直接交付現(xiàn)場生產環(huán)境使用，達到深度學習無基礎快速應用的目的。

2. 較Python性能大幅提升

我們通過一個相同數(shù)據(jù)集的1000輪的線性回歸的例子的運行，我們對比 C# 和 Python 的運行速度和內存占用，發(fā)現(xiàn) C# 的速度大約是 Python 的2倍，而內存的使用，C# 只占到 Python 的1/4 ，可以說 TensorFlow 的 C# 版本在速度和性能上同時超過了 Python 版本，因此，在工業(yè)現(xiàn)場或者實際應用時，TensorFlow.NET 除了部署上的便利，更有性能上的杰出優(yōu)勢。

下述2個圖是具體的對比運行示意圖：

3. GPU環(huán)境無需部署 一鍵使用

詳細文章請訪問路徑：https://github.com/SciSharp/TensorFlow.NET-Tutorials/blob/master/%E4%B8%89%E3%80%81%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E5%BA%94%E7%94%A8%E4%B8%8E%E6%A1%88%E4%BE%8B-1.%20TensorFlow.NET%20%E5%88%9D%E6%8E%A2.md

（或掃下述二維碼轉至）

你是否踩過GPU環(huán)境部署中Cuda和cuDNN的坑，是否為如何進行深度學習GPU訓練軟件的移植和快速應用而煩惱，那么本文就是為了解決這些問題而制作的，一鍵部署GPU，最大化體現(xiàn).NET優(yōu)勢，徹底解決GPU環(huán)境配置的繁瑣問題，讓你專注于深度學習算法和模型的開發(fā)。

本文主要適用于下述情況：

• 一鍵部署深度學習訓練軟件，無需安裝復制的Cuda、cuDNN和配置環(huán)境變量等；

• 希望將GPU加速的訓練軟件整體打包、移植使用，軟件安裝綠色簡便化；

• GPU訓練版本軟件開發(fā)完交付客戶，避免因客戶PC配置差異導致的軟件無法正常使用；

• 簡單地復制粘貼，即可一鍵完成GPU訓練環(huán)境部署，確保GPU環(huán)境安裝“0”差錯；

• 需要在一臺機器上 同時 跑多個版本TF和多個版本Cuda的開發(fā)環(huán)境

原理說明：

利用.net的封裝優(yōu)勢，將 tensorflow.dll、TensorFlow.NET.dll 及 NVIDIA GPU 相關必要的 DLL 全部提取，拷貝至應用程序相同目錄下，伴隨可執(zhí)行文件打包、移植使用，實現(xiàn) GPU 環(huán)境跟隨主程序版本打包應用的效果。

4. 完整案例：在C#下使用TensorFlow.NET訓練自己的數(shù)據(jù)集

本文主要結合代碼來詳細介紹如何使用 SciSharp STACK 的 TensorFlow.NET 來訓練CNN模型，該模型主要實現(xiàn) 圖像的分類 ，可以直接移植該代碼在 CPU 或 GPU 下使用，并針對你們自己本地的圖像數(shù)據(jù)集進行訓練和推理。

詳細文章請訪問路徑：

https://github.com/SciSharp/TensorFlow.NET-Tutorials/blob/master/%E9%99%84%E5%BD%95%EF%BC%9A2.%20%E5%9C%A8C%23%E4%B8%8B%E4%BD%BF%E7%94%A8TensorFlow.NET%E8%AE%AD%E7%BB%83%E8%87%AA%E5%B7%B1%E7%9A%84%E6%95%B0%E6%8D%AE%E9%9B%86.md

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的TensorFlow.NET 在工业部署中的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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