مساعدة في حماية الحاجز المرجاني العظيم مع TensorFlow على Kaggle تاريخ التحدي

تدريب نموذج TensorFlow وتقديمه باستخدام خدمة TensorFlow

هذا دليل القطارات نموذج الشبكة العصبية لتصنيف الصور من الملابس، مثل أحذية رياضية والقمصان ، ويوفر نموذج المدربين، ومن ثم يقدم مع TensorFlow خدمة . وينصب التركيز على TensorFlow خدمة، بدلا من النمذجة والتدريب في TensorFlow، وذلك لمثال الكامل الذي يركز على النمذجة والتدريب رؤية المثال تصنيف الأساسية .

يستخدم هذا الدليل tf.keras ، وAPI رفيع المستوى لبناء وتدريب النماذج في TensorFlow.

import sys

# Confirm that we're using Python 3
assert sys.version_info.major == 3, 'Oops, not running Python 3. Use Runtime > Change runtime type'
# TensorFlow and tf.keras
print("Installing dependencies for Colab environment")
!pip install -Uq grpcio==1.26.0

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras

# Helper libraries
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import os
import subprocess

print('TensorFlow version: {}'.format(tf.__version__))

قم بإنشاء نموذجك

قم باستيراد مجموعة بيانات Fashion MNIST

يستخدم هذا الدليل الأزياء MNIST مجموعة البيانات التي تحتوي على 70،000 الصور الرمادية في 10 فئات. تُظهر الصور مقالات فردية من الملابس بدقة منخفضة (28 × 28 بكسل) ، كما هو موضح هنا:

أزياء MNIST العفريت
الشكل 1. عينات الموضة MNIST (عن طريق زالاندو، MIT الترخيص).

ويهدف الأزياء MNIST بمثابة قطرة في بديل للالكلاسيكية MNIST مجموعة البيانات، غالبا ما تستخدم مثل "مرحبا، العالم" برامج التعلم آلة لرؤية الكمبيوتر. يمكنك الوصول إلى Fashion MNIST مباشرة من TensorFlow ، ما عليك سوى استيراد البيانات وتحميلها.

fashion_mnist = keras.datasets.fashion_mnist
(train_images, train_labels), (test_images, test_labels) = fashion_mnist.load_data()

# scale the values to 0.0 to 1.0
train_images = train_images / 255.0
test_images = test_images / 255.0

# reshape for feeding into the model
train_images = train_images.reshape(train_images.shape[0], 28, 28, 1)
test_images = test_images.reshape(test_images.shape[0], 28, 28, 1)

class_names = ['T-shirt/top', 'Trouser', 'Pullover', 'Dress', 'Coat',
               'Sandal', 'Shirt', 'Sneaker', 'Bag', 'Ankle boot']

print('\ntrain_images.shape: {}, of {}'.format(train_images.shape, train_images.dtype))
print('test_images.shape: {}, of {}'.format(test_images.shape, test_images.dtype))
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-labels-idx1-ubyte.gz
32768/29515 [=================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-images-idx3-ubyte.gz
26427392/26421880 [==============================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
8192/5148 [===============================================] - 0s 0us/step
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-images-idx3-ubyte.gz
4423680/4422102 [==============================] - 0s 0us/step

train_images.shape: (60000, 28, 28, 1), of float64
test_images.shape: (10000, 28, 28, 1), of float64

تدريب وتقييم النموذج الخاص بك

لنستخدم أبسط شبكة CNN ممكنة ، لأننا لا نركز على جزء النمذجة.

model = keras.Sequential([
  keras.layers.Conv2D(input_shape=(28,28,1), filters=8, kernel_size=3, 
                      strides=2, activation='relu', name='Conv1'),
  keras.layers.Flatten(),
  keras.layers.Dense(10, name='Dense')
])
model.summary()

testing = False
epochs = 5

model.compile(optimizer='adam', 
              loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
              metrics=[keras.metrics.SparseCategoricalAccuracy()])
model.fit(train_images, train_labels, epochs=epochs)

test_loss, test_acc = model.evaluate(test_images, test_labels)
print('\nTest accuracy: {}'.format(test_acc))
2021-12-04 10:29:34.128871: W tensorflow/stream_executor/platform/default/dso_loader.cc:60] Could not load dynamic library 'libcusolver.so.10'; dlerror: libcusolver.so.10: cannot open shared object file: No such file or directory
2021-12-04 10:29:34.129907: W tensorflow/core/common_runtime/gpu/gpu_device.cc:1757] Cannot dlopen some GPU libraries. Please make sure the missing libraries mentioned above are installed properly if you would like to use GPU. Follow the guide at https://www.tensorflow.org/install/gpu for how to download and setup the required libraries for your platform.
Skipping registering GPU devices...
Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
Conv1 (Conv2D)               (None, 13, 13, 8)         80        
_________________________________________________________________
flatten (Flatten)            (None, 1352)              0         
_________________________________________________________________
Dense (Dense)                (None, 10)                13530     
=================================================================
Total params: 13,610
Trainable params: 13,610
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________
Epoch 1/5
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.7204 - sparse_categorical_accuracy: 0.7549
Epoch 2/5
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.3997 - sparse_categorical_accuracy: 0.8611
Epoch 3/5
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.3580 - sparse_categorical_accuracy: 0.8754
Epoch 4/5
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.3399 - sparse_categorical_accuracy: 0.8780
Epoch 5/5
1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.3232 - sparse_categorical_accuracy: 0.8849
313/313 [==============================] - 0s 1ms/step - loss: 0.3586 - sparse_categorical_accuracy: 0.8738

Test accuracy: 0.8737999796867371

احفظ النموذج الخاص بك

لتحميل نموذج المدربين لدينا في TensorFlow تخدم نحن بحاجة أولا لحفظه في SavedModel الشكل. سيؤدي هذا إلى إنشاء ملف protobuf في تسلسل هرمي محدد جيدًا للدليل ، وسيتضمن رقم الإصدار. TensorFlow التي تخدم تتيح لنا تحديد أي نسخة من نموذج، أو "قابل للعرض" نريد استخدام عندما نجعل طلبات الاستدلال. سيتم تصدير كل إصدار إلى دليل فرعي مختلف ضمن المسار المحدد.

# Fetch the Keras session and save the model
# The signature definition is defined by the input and output tensors,
# and stored with the default serving key
import tempfile

MODEL_DIR = tempfile.gettempdir()
version = 1
export_path = os.path.join(MODEL_DIR, str(version))
print('export_path = {}\n'.format(export_path))

tf.keras.models.save_model(
    model,
    export_path,
    overwrite=True,
    include_optimizer=True,
    save_format=None,
    signatures=None,
    options=None
)

print('\nSaved model:')
!ls -l {export_path}
export_path = /tmp/1
2021-12-04 10:29:53.392905: W tensorflow/python/util/util.cc:348] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them.
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/1/assets

Saved model:
total 88
drwxr-xr-x 2 kbuilder kbuilder  4096 Dec  4 10:29 assets
-rw-rw-r-- 1 kbuilder kbuilder 78055 Dec  4 10:29 saved_model.pb
drwxr-xr-x 2 kbuilder kbuilder  4096 Dec  4 10:29 variables

افحص نموذجك المحفوظ

سنستخدم الأمر أداة سطر saved_model_cli أن ننظر إلى MetaGraphDefs (النماذج) و SignatureDefs (الأساليب التي يمكن استدعاء) في منطقتنا SavedModel. انظر هذا النقاش من SavedModel CLI في دليل TensorFlow.

saved_model_cli show --dir {export_path} --all
MetaGraphDef with tag-set: 'serve' contains the following SignatureDefs:

signature_def['__saved_model_init_op']:
  The given SavedModel SignatureDef contains the following input(s):
  The given SavedModel SignatureDef contains the following output(s):
    outputs['__saved_model_init_op'] tensor_info:
        dtype: DT_INVALID
        shape: unknown_rank
        name: NoOp
  Method name is: 

signature_def['serving_default']:
  The given SavedModel SignatureDef contains the following input(s):
    inputs['Conv1_input'] tensor_info:
        dtype: DT_FLOAT
        shape: (-1, 28, 28, 1)
        name: serving_default_Conv1_input:0
  The given SavedModel SignatureDef contains the following output(s):
    outputs['Dense'] tensor_info:
        dtype: DT_FLOAT
        shape: (-1, 10)
        name: StatefulPartitionedCall:0
  Method name is: tensorflow/serving/predict

Defined Functions:
  Function Name: '__call__'
    Option #1
      Callable with:
        Argument #1
          Conv1_input: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='Conv1_input')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: False
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #2
      Callable with:
        Argument #1
          inputs: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='inputs')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: False
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #3
      Callable with:
        Argument #1
          inputs: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='inputs')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: True
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #4
      Callable with:
        Argument #1
          Conv1_input: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='Conv1_input')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: True
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None

  Function Name: '_default_save_signature'
    Option #1
      Callable with:
        Argument #1
          Conv1_input: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='Conv1_input')

  Function Name: 'call_and_return_all_conditional_losses'
    Option #1
      Callable with:
        Argument #1
          inputs: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='inputs')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: False
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #2
      Callable with:
        Argument #1
          Conv1_input: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='Conv1_input')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: True
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #3
      Callable with:
        Argument #1
          Conv1_input: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='Conv1_input')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: False
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None
    Option #4
      Callable with:
        Argument #1
          inputs: TensorSpec(shape=(None, 28, 28, 1), dtype=tf.float32, name='inputs')
        Argument #2
          DType: bool
          Value: True
        Argument #3
          DType: NoneType
          Value: None

هذا يخبرنا الكثير عن نموذجنا! في هذه الحالة ، قمنا للتو بتدريب نموذجنا ، لذلك نحن نعرف بالفعل المدخلات والمخرجات ، ولكن إذا لم نقم بذلك ، فستكون هذه معلومات مهمة. إنه لا يخبرنا بكل شيء ، مثل حقيقة أن هذه بيانات صورة بتدرج الرمادي على سبيل المثال ، لكنها بداية رائعة.

قدم نموذجك مع خدمة TensorFlow

أضف عنوان URI لتوزيع خدمة TensorFlow كمصدر حزمة:

نحن التحضير لتثبيت TensorFlow خدمة باستخدام الموهبة منذ يدير هذا Colab في بيئة ديبيان. سنقوم بإضافة tensorflow-model-server الحزمة إلى قائمة الحزم التي الموهبة يعرف عنه. لاحظ أننا نعمل كجذر.

import sys
# We need sudo prefix if not on a Google Colab.
if 'google.colab' not in sys.modules:
  SUDO_IF_NEEDED = 'sudo'
else:
  SUDO_IF_NEEDED = ''
# This is the same as you would do from your command line, but without the [arch=amd64], and no sudo
# You would instead do:
# echo "deb [arch=amd64] http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable tensorflow-model-server tensorflow-model-server-universal" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/tensorflow-serving.list && \
# curl https://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt/tensorflow-serving.release.pub.gpg | sudo apt-key add -

!echo "deb http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable tensorflow-model-server tensorflow-model-server-universal" | {SUDO_IF_NEEDED} tee /etc/apt/sources.list.d/tensorflow-serving.list && \
curl https://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt/tensorflow-serving.release.pub.gpg | {SUDO_IF_NEEDED} apt-key add -
!{SUDO_IF_NEEDED} apt update
deb http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable tensorflow-model-server tensorflow-model-server-universal
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100  2943  100  2943    0     0  15571      0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 15571
OK
Hit:1 http://asia-east1.gce.archive.ubuntu.com/ubuntu bionic InRelease
Hit:2 http://asia-east1.gce.archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates InRelease
Hit:3 http://asia-east1.gce.archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-backports InRelease
Hit:4 https://nvidia.github.io/libnvidia-container/stable/ubuntu18.04/amd64  InRelease
Get:5 https://nvidia.github.io/nvidia-container-runtime/ubuntu18.04/amd64  InRelease [1481 B]
Get:6 https://nvidia.github.io/nvidia-docker/ubuntu18.04/amd64  InRelease [1474 B]
Ign:7 http://developer.download.nvidia.com/compute/machine-learning/repos/ubuntu1804/x86_64  InRelease
Get:8 http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable InRelease [3012 B]
Hit:9 http://developer.download.nvidia.com/compute/machine-learning/repos/ubuntu1804/x86_64  Release
Get:10 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security InRelease [88.7 kB]
Get:11 https://packages.cloud.google.com/apt eip-cloud-bionic InRelease [5419 B]
Get:12 http://packages.cloud.google.com/apt google-cloud-logging-wheezy InRelease [5483 B]
Hit:13 http://archive.canonical.com/ubuntu bionic InRelease
Err:11 https://packages.cloud.google.com/apt eip-cloud-bionic InRelease
  The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
Get:15 http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable/tensorflow-model-server amd64 Packages [339 B]
Err:12 http://packages.cloud.google.com/apt google-cloud-logging-wheezy InRelease
  The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
Get:16 http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable/tensorflow-model-server-universal amd64 Packages [348 B]
Fetched 106 kB in 1s (103 kB/s)



119 packages can be upgraded. Run 'apt list --upgradable' to see them.
W: An error occurred during the signature verification. The repository is not updated and the previous index files will be used. GPG error: https://packages.cloud.google.com/apt eip-cloud-bionic InRelease: The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
W: An error occurred during the signature verification. The repository is not updated and the previous index files will be used. GPG error: http://packages.cloud.google.com/apt google-cloud-logging-wheezy InRelease: The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
W: Failed to fetch https://packages.cloud.google.com/apt/dists/eip-cloud-bionic/InRelease  The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
W: Failed to fetch http://packages.cloud.google.com/apt/dists/google-cloud-logging-wheezy/InRelease  The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY FEEA9169307EA071 NO_PUBKEY 8B57C5C2836F4BEB
W: Some index files failed to download. They have been ignored, or old ones used instead.

قم بتثبيت خدمة TensorFlow

هذا كل ما تحتاجه - سطر أوامر واحد!

{SUDO_IF_NEEDED} apt-get install tensorflow-model-server
The following packages were automatically installed and are no longer required:
  linux-gcp-5.4-headers-5.4.0-1040 linux-gcp-5.4-headers-5.4.0-1043
  linux-gcp-5.4-headers-5.4.0-1044 linux-gcp-5.4-headers-5.4.0-1049
Use 'sudo apt autoremove' to remove them.
The following NEW packages will be installed:
  tensorflow-model-server
0 upgraded, 1 newly installed, 0 to remove and 119 not upgraded.
Need to get 335 MB of archives.
After this operation, 0 B of additional disk space will be used.
Get:1 http://storage.googleapis.com/tensorflow-serving-apt stable/tensorflow-model-server amd64 tensorflow-model-server all 2.7.0 [335 MB]
Fetched 335 MB in 7s (45.2 MB/s)
Selecting previously unselected package tensorflow-model-server.
(Reading database ... 264341 files and directories currently installed.)
Preparing to unpack .../tensorflow-model-server_2.7.0_all.deb ...
Unpacking tensorflow-model-server (2.7.0) ...
Setting up tensorflow-model-server (2.7.0) ...

ابدأ تشغيل خدمة TensorFlow

هذا هو المكان الذي نبدأ فيه تشغيل خدمة TensorFlow وتحميل نموذجنا. بعد أن يتم تحميله يمكننا البدء في تقديم طلبات الاستدلال باستخدام REST. هناك بعض المعايير المهمة:

  • rest_api_port : المنفذ التي ستستخدمها لطلبات REST.
  • model_name : سوف تستخدم هذا في URL طلبات REST. يمكن أن يكون أي شيء.
  • model_base_path : هذا هو المسار إلى الدليل الذي قمت بحفظ النموذج الخاص بك.
os.environ["MODEL_DIR"] = MODEL_DIR
nohup tensorflow_model_server \
  --rest_api_port=8501 \
  --model_name=fashion_model \
  --model_base_path="${MODEL_DIR}" >server.log 2>&1
tail server.log

قم بتقديم طلب إلى النموذج الخاص بك في خدمة TensorFlow

أولاً ، دعنا نلقي نظرة على مثال عشوائي من بيانات الاختبار الخاصة بنا.

def show(idx, title):
  plt.figure()
  plt.imshow(test_images[idx].reshape(28,28))
  plt.axis('off')
  plt.title('\n\n{}'.format(title), fontdict={'size': 16})

import random
rando = random.randint(0,len(test_images)-1)
show(rando, 'An Example Image: {}'.format(class_names[test_labels[rando]]))

بي إن جي

حسنًا ، هذا يبدو ممتعًا. ما مدى صعوبة التعرف على ذلك؟ لنقم الآن بإنشاء كائن JSON لمجموعة من ثلاثة طلبات استدلال ، ونرى كيف يتعرف نموذجنا على الأشياء:

import json
data = json.dumps({"signature_name": "serving_default", "instances": test_images[0:3].tolist()})
print('Data: {} ... {}'.format(data[:50], data[len(data)-52:]))
Data: {"signature_name": "serving_default", "instances": ...  [0.0], [0.0], [0.0], [0.0], [0.0], [0.0], [0.0]]]]}

تقديم طلبات REST

أحدث نسخة من

سنرسل طلب توقع باعتباره POST إلى نقطة نهاية REST لخادمنا ، ونمرره بثلاثة أمثلة. سنطلب من الخادم الخاص بنا تزويدنا بأحدث إصدار من الخدمة من خلال عدم تحديد إصدار معين.

# docs_infra: no_execute
!pip install -q requests

import requests
headers = {"content-type": "application/json"}
json_response = requests.post('http://localhost:8501/v1/models/fashion_model:predict', data=data, headers=headers)
predictions = json.loads(json_response.text)['predictions']

show(0, 'The model thought this was a {} (class {}), and it was actually a {} (class {})'.format(
  class_names[np.argmax(predictions[0])], np.argmax(predictions[0]), class_names[test_labels[0]], test_labels[0]))

نسخة معينة من الخدمة

الآن دعنا نحدد إصدارًا معينًا من ملفنا القابل للخدمة. نظرًا لأن لدينا واحدًا فقط ، فلنختار الإصدار 1. وسنلقي نظرة أيضًا على النتائج الثلاث.

# docs_infra: no_execute
headers = {"content-type": "application/json"}
json_response = requests.post('http://localhost:8501/v1/models/fashion_model/versions/1:predict', data=data, headers=headers)
predictions = json.loads(json_response.text)['predictions']

for i in range(0,3):
  show(i, 'The model thought this was a {} (class {}), and it was actually a {} (class {})'.format(
    class_names[np.argmax(predictions[i])], np.argmax(predictions[i]), class_names[test_labels[i]], test_labels[i]))