java五子棋代码详解_代码详解：Java和Valohai的深度学习之旅
全文共10735字，預計學習時長22分鐘或更長
有一款生命周期管理工具(也稱云服務)叫做Valohai，它有著友好的用戶界面和簡潔的布局設計。
許多有關Valohai的案例和文檔都是基于Python和R及其相應的框架和數據庫的，但是基于Java或JVM的卻很少，所以本文打算借此機會一探究竟。
需要什么以及怎么做？
對任何一類機器學習或深度學習項目(想法)來說，代碼和基礎架構這兩樣東西(對于高級項目來說)必不可少，有代碼就可以打造模型；有基礎架構，生命周期就有遵循的軌跡。
當然了，該過程的前中后期也是需要一些步驟和工具的。那么為了一切從簡，我們暫且說需要的是代碼和基礎架構。
代碼
針對代碼，筆者選擇了一個使用DL4J改進的例子。該MNist項目的訓練集含6萬張鏡像，測試集含1萬張手寫數字的鏡像。在DL4J庫中這些數據集都是可用的(就像Keras儲存的大量數據集)。大家可以通過DL4J Cheatsheet在DatasetIterators上找一下MnistDataSetIterator，了解更多有關該數據集的詳細信息。
在開始之前，先看一下會用到的源代碼，主Java類稱為org.deeplearning4j.feedforward.mnist.MLPMnistSingleLayerRunner。
基礎架構
我們已經決定把Valohai當作基礎架構來試行Java(訓練和評估模型)。Valohai會辯識git repositories，然后直接導入，允許代碼、無關平臺或無關語言的操作。(在后面我們會看到這些是如何進行的)同時這也意味著，假如你是GitOps或Infrastructure-As-Code的鐵桿粉絲，你會被Valohai的工作流驚到的。
此時只需注冊一個Valohai賬戶，可以是免費注冊的，登錄后就能瀏覽一些有關各種構形的實例。其實免費賬戶就可以完全滿足我們的需求。
Java和Valohai的深度學習之旅
將必備的部件和運行依賴項捆綁至Docker image中，并用其構建Java應用程序、訓練模型。Valohai上的評估借助一個簡單的valohai.yaml文件即可，可以在項目儲存庫的根文件夾中找到該文件。
Java深度學習：DL4J
這一塊處理起來很簡單，無需過多操作，建立一個jar文件再將數據集下載到Docker container中就行了。之前我們已經建立了Docker image，這里面涵括了構建應用程序需要的所有依賴項。該鏡像已存到Docker Hub(庫)(https://hub.docker.com/)中，搜索dl4j-mnist-single-layer(https://hub.docker.com/r/neomatrix369/dl4j-mnist-single-layer) 可以找到它(到時候會采用YAML文件中的特殊標記命名)。GraalVM 19.1.1(https://github.com/oracle/graal)會在此項目的Java構建和運行時發揮作用，而且它是會嵌入到Docker image中的(參見Docker文件：https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example/blob/master/Dockerfile，以查看Docker image的定義)。
編制
命令行出現調用uber jar時，進入MLPMnistSingleLayerRunner 類，然后根據傳入的參數導向預期操作：
public static void main(String[] args) throws Exception {
MLPMnistSingleLayerRunner mlpMnistRunner = new MLPMnistSingleLayerRunner();
JCommander.newBuilder()
.addObject(mlpMnistRunner)
.build()
.parse(args);
mlpMnistRunner.execute();
}
傳入uber jar的參數就是由該類接收的，采用的是execute() 法。
我們可以通過傳遞給Java應用(uber jar)的--action train參數創建模型，再用傳遞的--action evaluate參數評估模型。
上述Java應用的核心操作會在下文的兩個Java類中有所體現。
訓練模型
可以通過下述方法從命令行調用：
./runMLPMnist.sh --action train --output-dir ${VH_OUTPUTS_DIR}
or
java -Djava.library.path=""
-jar target/MLPMnist-1.0.0-bin.jar
--action train --output-dir ${VH_OUTPUTS_DIR}
模型會創建到由--output-dir(執行初始傳入的參數)指定的文件夾中，命名為mlpmnist-single-layer.pb。對于Valohai，則是創建到${VH_OUTPUTS_DIR}中，這也正是我們所要做的(可參見valohai.yaml 文件：https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example/blob/master/valohai.yaml)。
想要查看源代碼，請看類MLPMNistSingleLayerTrain.java：https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example/blob/master/src/main/java/org/deeplearning4j/feedforward/mnist/MLPMnistSingleLayerTrain.java。
評估模型
可以通過下述方法從命令行調用：
./runMLPMnist.sh --action evaluate --input-dir ${VH_INPUTS_DIR}/model
or
java -Djava.library.path=""
-jar target/MLPMnist-1.0.0-bin.jar
--action evaluate --input-dir ${VH_INPUTS_DIR}/model
此處最好是名為mlpmnist-single-layer.pb 的模型(訓練步驟中創建)可以在--input-dir (應用程序調用時傳入)指定的文件夾中顯示。
想要查看源代碼，請看MLPMNistSingleLayerEvaluate.java：https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example/blob/master/src/main/java/org/deeplearning4j/feedforward/mnist/MLPMnistSingleLayerEvaluate.java
筆者希望上述簡短闡述可以讓大家清楚地了解到Java應用大致是如何進行訓練和評估的。
需要的就是這些，不過大家想嘗試其他的代碼(https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example/blob/master/Dockerfile)也是可以的(以及README.md和bash腳本)，那就來滿足你的好奇心，搞清楚這些東西都是怎么操作的吧！
Valohai
在Valohai上，我們可以自由組合運行環境、代碼以及數據集，正如下文所示的YAML文件結構。這樣一來，不同部件在升級時無需依賴另一方就可暢通無阻，Docker container中也就只有生成和運行組件。
執行期間，在Docker container中生成uber jar，再將其上傳到某些內部或外部存儲中，然后在另一個執行步驟中下載儲存內(也可以是另一個位置)的uber jar和數據集以便訓練模型。這樣兩個執行步驟就會解耦；我們可以一次建立一個jar文件，然后在同一文件中運行數百個訓練步驟。生成和運行環境按理說不會變化得很頻繁，所以可以緩存下來，而且執行期間代碼、數據集和模型資源都可隨時調用。
valohai.yaml
Java項目與Valohai服務硬件資源集成的核心在于確定 valohai.yaml 文件中的執行步驟，該文件位于項目文件夾的根目錄中。valohai.yaml 大概是這個樣子：
---
- step:
name: Build-dl4j-mnist-single-layer-java-app
image: neomatrix369/dl4j-mnist-single-layer:v0.5
command:
- cd ${VH_REPOSITORY_DIR}
- ./buildUberJar.sh
- echo "~~~ Copying the build jar file into ${VH_OUTPUTS_DIR}"
- cp target/MLPMnist-1.0.0-bin.jar ${VH_OUTPUTS_DIR}/MLPMnist-1.0.0.jar
- ls -lash ${VH_OUTPUTS_DIR}
environment: aws-eu-west-1-g2-2xlarge
- step:
name: Run-dl4j-mnist-single-layer-train-model
image: neomatrix369/dl4j-mnist-single-layer:v0.5
command:
- echo "~~~ Unpack the MNist dataset into ${HOME} folder"
- tar xvzf ${VH_INPUTS_DIR}/dataset/mlp-mnist-dataset.tgz -C ${HOME}
- cd ${VH_REPOSITORY_DIR}
- echo "~~~ Copying the build jar file from ${VH_INPUTS_DIR} to current location"
- cp ${VH_INPUTS_DIR}/dl4j-java-app/MLPMnist-1.0.0.jar .
- echo "~~~ Run the DL4J app to train model based on the the MNist dataset"
- ./runMLPMnist.sh {parameters}
inputs:
- name: dl4j-java-app
description: DL4J Java app file (jar) generated in the previous step 'Build-dl4j-mnist-single-layer-java-app'
- name: dataset
default: https://github.com/neomatrix369/awesome-ai-ml-dl/releases/download/mnist-dataset-v0.1/mlp-mnist-dataset.tgz
description: MNist dataset needed to train the model
parameters:
- name: --action
pass-as: '--action {v}'
type: string
default: train
description: Action to perform i.e. train or evaluate
- name: --output-dir
pass-as: '--output-dir {v}'
type: string
default: /valohai/outputs/
description: Output directory where the model will be created, best to pick the Valohai output directory
environment: aws-eu-west-1-g2-2xlarge
- step:
name: Run-dl4j-mnist-single-layer-evaluate-model
image: neomatrix369/dl4j-mnist-single-layer:v0.5
command:
- cd ${VH_REPOSITORY_DIR}
- echo "~~~ Copying the build jar file from ${VH_INPUTS_DIR} to current location"
- cp ${VH_INPUTS_DIR}/dl4j-java-app/MLPMnist-1.0.0.jar .
- echo "~~~ Run the DL4J app to evaluate the trained MNist model"
- ./runMLPMnist.sh {parameters}
inputs:
- name: dl4j-java-app
description: DL4J Java app file (jar) generated in the previous step 'Build-dl4j-mnist-single-layer-java-app'
- name: model
description: Model file generated in the previous step 'Run-dl4j-mnist-single-layer-train-model'
parameters:
- name: --action
pass-as: '--action {v}'
type: string
default: evaluate
description: Action to perform i.e. train or evaluate
- name: --input-dir
pass-as: '--input-dir {v}'
type: string
default: /valohai/inputs/model
description: Input directory where the model created by the previous step can be found created
environment: aws-eu-west-1-g2-2xlarge
如何構建dl4j的mnist單層java應用程序
由YAML文件可看出，這一步首先調用了Docker image，然后運行生成腳本來構建uber jar。Docker image中含有生成環境依賴項的設置(即GraalVM JDK、Maven等)，從而實現Java應用的構建。不需要指定任何的輸入內容或參數，因為這本身就是生成步驟。一旦生成結束，我們就會將名為 MLPMnist-1.0.0-bin.jar(原名稱)的uber jar復制到/valohai/outputs文件夾內(表示為${VH_OUTPUTS_DIR})。此文件夾中的所有內容都會自動保存在項目存儲中，比如AWS S3 bucket。最后，設定為AWS環境下運行。
注：Valohai免費用戶沒有Docker container的內部訪問權限(默認情況下是這樣)，可以訪問幫助以啟用此選項(筆者就是這么辦的)，不然的話就無法在生成過程中下載Maven和其他依賴項了。
如何運行dl4j的mnist單層訓練模型
這一部分與先前步驟的差不多，無非就是指定了兩個輸入內容，一個針對uber jar(MLPMnist-1.0.0.jar)，一個針對數據集(解壓縮到${HOME}/.deeplearning4j文件夾中)。該過程中將傳遞兩個參數，--action train 和--output-dir /valohai/outputs，此間創建的模型會存到 /valohai/outputs/model文件夾中(表示為 ${VH_OUTPUTS_DIR}/model)。
注：在Valohai Web UI的執行選項卡中，除了可以通過datum:// or http:// URLs選擇先前執行步驟中的輸入內容，也可利用執行數字(即#1或#2)。在鍵盤上敲文件名的幾個字母也可以助力全面搜索。
如何運行dl4j的mnist單層評估模型
這個步驟還是跟之前相似，不同之處在于會傳遞兩個參數--action evaluate 和 --input-dir /valohai/inputs/model。此外，我們也會再一次指定兩項輸入內容：dl4j-java-app和model ，它們在YAML文件中定義而且都沒有默認設置。這樣一來操作者就可以選擇想要評估的uber jar和模型——二者是在web界面運行dl4j的mnist單層評估模型時創建的。
筆者希望這可以解釋上述定義文件的步驟，但如果你想進一步尋求幫助，別猶豫了，請查看這里的文件(https://docs.valohai.com/index.html)和教程(https://docs.valohai.com/tutorials/index.html)。
Valohai網頁界面
有了賬戶，就可以登錄繼續創建項目，命名為mlpmnist-single-layer ，鏈接至git儲存庫 https://github.com/valohai/mlpmnist-dl4j-example，保存項目。
現在可以執行一下看看是怎么個操作法！
構建DL4J Java應用程序
點擊網頁界面的執行選項卡，再復制現有執行或者使用[創建執行]按鈕創建新執行。所有的默認選項都會涉及到。選擇構建dl4j的mnist單層java應用程序。
至于說環境，筆者會選擇AWS eu-west-1 g2.2xlarge，然后再在網頁最下方點擊[創建執行]來看看執行的啟動。
訓練模型
點擊網頁界面的執行選項卡，重復上一步操作，然后選擇運行dlj4的mnist單層訓練模型。大家需要選擇的是之前步驟中生成的Java應用程序(就是filed類中的jar文件)。而數據集已經提前通過valohai.yaml文件預填充過了：
點擊[創建執行]啟動這一項。
在log console中可以看到模型概要的變化：
[]
11:17:05 =========================================================================
11:17:05 LayerName (LayerType) nIn,nOut TotalParams ParamsShape
11:17:05 =========================================================================
11:17:05 layer0 (DenseLayer) 784,1000 785000 W:{784,1000}, b:{1,1000}
11:17:05 layer1 (OutputLayer) 1000,10 10010 W:{1000,10}, b:{1,10}
11:17:05 -------------------------------------------------------------------------
11:17:05 Total Parameters: 795010
11:17:05 Trainable Parameters: 795010
11:17:05 Frozen Parameters: 0
11:17:05 =========================================================================
[]
執行期間以及結束時，可以在執行主選項卡中的輸出子選項卡下找到已創建的模型：
你也許已經注意到輸出選項卡中有幾個artifacts文件。那是因為我們在每一回epoch的最后一步都保存了一個checkpoint！從執行記錄里能看到它們：
[]
11:17:14 o.d.o.l.CheckpointListener - Model checkpoint saved: epoch 0, iteration 469, path: /valohai/outputs/checkpoint_0_MultiLayerNetwork.zip
[]
Checkpoint壓縮包內有每一節點處模型訓練的狀態，可在下面三個文件中查詢：
configuration.json
coefficients.bin
updaterState.bin
訓練模型>元數據
大家也許在執行記錄中注意到這些符號了：
[]
11:17:05 {"epoch": 0, "iteration": 0, "score (loss function)": 2.410047}
11:17:07 {"epoch": 0, "iteration": 100, "score (loss function)": 0.613774}
11:17:09 {"epoch": 0, "iteration": 200, "score (loss function)": 0.528494}
11:17:11 {"epoch": 0, "iteration": 300, "score (loss function)": 0.400291}
11:17:13 {"epoch": 0, "iteration": 400, "score (loss function)": 0.357800}
11:17:14 o.d.o.l.CheckpointListener - Model checkpoint saved: epoch 0, iteration 469, path: /valohai/outputs/checkpoint_0_MultiLayerNetwork.zip
[]
這些符號會觸發Valohai挑選這些值(JSON格式)以形成執行指標，這些指標在執行中及執行后都可以在執行主選項卡中的元數據子選項下找到：
通過將listener類(被稱為Valohai元數據生成器)鏈接到模型中來完成這一步的操作。這樣一來，訓練中每一次迭代結束之時，都可以集中于listener類上，打印出元計數、迭代計數和分數(丟失的功能值)。下面是這個類的代碼片段：
public void iterationDone(Model model, int iteration, int epoch) {
if (printIterations <= 0)
printIterations = 1;
if (iteration % printIterations == 0) {
double score = model.score();
System.out.println(String.format(
"{"epoch": %d, "iteration": %d, "score (loss function)": %f}
總結
以上是生活随笔為你收集整理的java五子棋代码详解_代码详解：Java和Valohai的深度学习之旅的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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