零基础认识深度学习——猿人的第一次直立行走

 

二、关联度模型

 

深度学习有两步工作，先要训练生成模型，然后使用模型去推测当前的任务。

 

比如说我用100万张图片标记好这是猫还是狗，AI把图片内各个片段的特征提取出来，生成一个猫狗识别模型。然后我们再给这个模型套上接口做成猫狗检测程序，每给这个程序一张照片它就能告诉你有多大几率是猫多大几率是狗。

 

这个识别模型是整个程序中最关键的部分，可以模糊的认为它就是一个密封黑盒的识别函数。以前我们写程序都是做if-then-else因果判断，但图像特征没有因果关系只看关联度，过去的工作经验反而成了新的认知障碍，还不如就将其当做黑盒直接拿来用。

接下来我放一个模型训练和推测的实验步骤截图，向大家说明两个问题：

 

1.需要用客户的现场数据做训练才能出模型，训练模型不是软件外包堆人日就行，很难直接承诺模型训练结果。

 

2.训练模型的过程很繁琐耗时，但并不难以掌握，其工作压力比DBA在线调试SQL小多了，IT工程师在AI时代仍有用伍之地。

三、动手实验

本节较长，如果读者对实验步骤和结果没兴趣，而是直接想看我的结论，也可以跳过这一节。这个实验是Nvidia提供的入门培训课程——ImageClassification with DIGITS - Training a model。
我们的实验很简单，用6000张图片去训练AI识别0-9这几个数字。训练样本数据是6000张标号0-9的小图片，其中4500张是用来做训练（train），1500张是验证（val）训练结果。

 

####实验数据准备 ####
      

1.训练图片很小也很简单，如下图预览，就是一堆数字：

 

--下图是 01样本图片 --

 

2.我做测试的图片是官方教程提供了个白底红字的“2”.

 

--下图是 02测试图片 --

 

 

####制作数据集 ####

 

3.首先我们要做一个图片识别的数据集，数据集文件放在“/data/train_small”目录下，图片的类型选择“Grayscale”，大小选28x28，其他都选默认，然后选择创建数据集“minidata”。

 

-下图是 03初始数据集 --

 

 

4.下面是数据集创建的过程，因为我们的文件很小很少，所以速度很快；如果是几千万张高清大图速度就会很慢，甚至要搭建分布式系统把IO分散到多台机器上。

 

--下图是 04初始数据集中 --

 

 

5.这是创建完成数据集的柱形统计图，鼠标恰好停在第二个柱形上，显示当前标记为“9”的图片有466个。

 

--下图是 05创建完成数据集 --

 

 

####开始创建模型 ####

 

6.有了数据集以后我们就可以创建模型了，我们选择创建一个图像分类模型（Image Classification Model），数据集选之前创建的“minidata”，训练圈数输30次，其他选项暂时保持默认。

 

--下图是 06新建模型 --

 

7.到了创建模型的下半段是选择网络构型，我们选择LeNet即可，将模型命名为TestA。

 

--下图是 07选择LeNet --

8.这次Demo我们没做细节设置，但生产环境可能要经常修改配置文件。

 

--下图是 08微调LeNet --

 

9.接下来就开始生成模型了，小数据集简单任务的速度还是很快的，而且验证正确率很高。但是如果是大任务大模型，可能会算上几天时间。

 

--下图是 09开始生成模型 --

 

 

10.模型生成完成，我们再看一下验证正确率很高了，如果生产环境正确率太低，可能你要微调创建模型的参数。

 

--下图是 10训练完成后的accuracy--

 

 

####调试模型 ####

11.在模型页面往下拖就可以看到下载模型、测试模型等按钮，我们选择测试模型，将那个“白底红字2”提交做个测试。

 

--下图是 11测试模型 --

 

 

12.默认是测试Epoch #30，我们先跑10次试试。本来想省点服务器电费，结果只有20.3%的几率识别正确。

 

--下图是 12TestA模型10圈结果 --

 

13.我们提高测试圈数到25圈，结果准确率从20.3%提高到了21.9%。

 

--下图是 13TestA模型25圈结果 --

 

14.整个模型的上限是30圈，正确识别结果也才21.92%。到了这里我插一句，未正确识别可能是因为我的建模数据是28*28的黑白图，而我给测试图片大小和颜色都不对。

 

--下图是 14TestA模型30圈结果 --

 

 

####更换模型继续调试 ####

 

15.在TestA这个模型上可以点克隆任务，即制作一个同配置的模型再跑一次；这个按钮有意思啊，我们以前编译程序不通过的时候，retry十万次也是不通过啊，为什么克隆任务是个面板常用按钮？

 

--下图是 15克隆模型TestA --

 

16.这时好玩的事情发生了，我做出的“TestA-Clone”，识别出数字2的几率是94.81%。

 

--下图是 16克隆TestA结果 --

 

 

17.我们再把老模型克隆一次，结果识别出数字2的几率是63.4%。

 

--下图是 17再次克隆TestA结果 --

 

 

18.我新建一个模型TestB，让它在TestA的基础上再次训练。

 

--下图是 18新建TestB --

 

 

19.TestB的训练结果反而不如最早的那一版模型，正确率20.69%。

 

--下图是 19TestB的训练结果 --

 

 

20.没有最惨只有更惨，看我新训练的模型TestC。

 

--下图是 20TestC训练失败 --

 

 

21.从这次测试看，最好的模型是TestA-Clone，其次是Clone2。

 

--下图是 21模型结果汇总 --

 

 

22.但这就算找到合适模型了吗？我又手写了个数字2，还特地选的黑底白字28*28，结果这几个模型没一个识别准确的，全部识别失败。

 

--下图是 22.新图识别失败 --

 

 

四、实战才能出模型

 

本次实验拿到正确率是94.81%的模型是意外惊喜，那个模型测其他图片失败倒是意料之中的。因为这次实验的初始样本才几千张，如果样本数量够多，过拟合（即噪音特征被纳入模型）的可能性就越小；我用的全部是默认调试选项，添加其他特征项调试模型可能会减少欠拟合（主特征没提取到）的几率；我并未明确定义该模型的使用场景，即没有明确训练数据、测试文件和生产文件是否相同。

 

我们看到完全相同配置的模型，只因为点击生成模型的时间不同，对同一个图片的识别结果确千差万别，再次强调这不是因果判断而是相关性计算。实验结论和我上文的主张相同，模型需要拿实战数据进行实际训练，且我们只能预估但不能预测模型生成结果。我做这个实验就是给大家解释，AI模型训练不是软件外包，不是谈拢了价格就能规划人日预估效果的。

 

一个AI技术供应商简单点就是卖现成的模型，比如说人脸识别模型、OCR识别模型等等。但如果客户有定制需求，比如说识别脸上有青春痘、识别是不是左撇子签名，那就需要先明确技术场景，再准备数据大干一场。至于练模型的时间是1天还是1个月不太确定，AI模型训练像做材料试验一样，可能半年也可能十年才能发现目标。

 

五、IT工程师的新工作

 

前文我提到两个观点，第二个观点就是训练模型的工作并不难，IT工程师可以较为容易的学会训练模型的工作，然后我们就能继续扩展从业范围，在AI大浪潮中分一杯热羹了。

 

首先说技术不是门槛，我们举个IT工程师能听懂的例子：一个Oracle DBA既没读过数据库源码，也还没摸过新业务场景，甚至缺乏理论知识只能做常见操作；现在这个项目可以慢慢上线，让他离线调试SQL，拿到性能最佳值的点日志保存就完工了。做AI模型调试时，懂原理懂算法会让工作更有目的性，但更有目的性只能保证接近而不能保证命中目标。

 

根据上文的实验，我们可以看到有下列工作是需要人做的：

 

1.根据客户的要求，提出对原始数据的需求。这里要动业务方向的脑子，比如说想查一下什么人容易肥胖，天然能想到的是每个人的饮食和运动习惯，但专业医生会告诉你要调取转氨酶胆固醇一类的数据。

2.原始数据需要清洗整理和标注，没找到相关性的样本不是未标注的样本。前文试验中6000张图片可都是标注了0-9的数字的，我们测试模型是为了找到“2”这一组图片的相关性。清洗、整理和标注数据的工作可能是自动也可能是人工，自动做那就是我们写脚本或跑大数据，人工做就是提需求然后招1500个大妈给黄图打框，但工程师会对打框过程全程指导。这里还有取巧的方法，友商的模型太贵甚至不卖，那就是直接用友商的公有云API接口，或者买友商大客户的日志，让友商帮你完成数据筛检。

3.上文试验中仅仅是图片分类数据集，已经有很多可调整选项了；生产环境不仅有图片还有声音、文字、动作特征等数据集，数据集的设置是否合理，要不要重建数据集都需要多次调试和长期观察。

4.实验中生成模型没怎么调参数也只花了一分钟时间，但生产环境的模型生成参数要经常调整，而生成一个模型的时间可能是几小时甚至几天。

 

5.验证结果的准确性，如果是柔性需求可以目测几个测试结果就把模型上线了，但如果是刚性业务可能又要组织十万份以上样本进行测试验证。顺路说一句，用来训练模型的硬件未必是适用于来验证和跑生产环境的，如果是高压力测试可能还要换硬件部署。

 

6.模型也有日常维护，可能随着数据集的更新模型也要定期更新，也可能发现模型有个致命的误判会威胁到业务，这都需要及时处理。

六、附赠的小观点。

 

谈到最后再附赠一些个人观点，随机想的，只写论点不写论证过程了：

 

1.现在搭建和使用AI环境很难，但软件会进步和解决这个问题；三年前云计算平台很难部署和维护，现在遍地都是一键部署和UI维护的云平台方案。

 

2.深度学习这个技术领域太吃数据和算力了，人脑不会像AI这么笨，可能以后会有新技术出现取代深度学习在AI领域的地位。

 

3.因为需要数据和算力，搞个AI公司比其他创业企业更难；现在有名的AI创业企业都是单一领域深耕三年以上，让用户提供数据他们只做单一典型模型。同样巨头企业搞AI也不容易，即使挖到人AI项目也要花时间冷起动，清洗数据不仅消耗体力同样消耗时间。

 

4.深度学习的计算过程不受控制，计算结果需要人来验证，所以它不能当做法务上的证据。当AI发现嫌疑人时警察会立刻采取行动，但它的创造者都无法描述AI下一步会如何下围棋。一个婴儿能尿出来世界地图，某人随手乱输能碰对银行卡的密码，AI会告诉你股市99.99%要暴涨，但这些都不能当做独立单责的证据。

 

5.搞AI需要准备大量数据，中国对美国有个特色优势，可以做数据标注的人很多而且价格便宜，但到模型实践这一步，中国的人力成本太低又限制了AI走向商用。

 

6.不要恐慌AI会消灭人类，对人类有威胁的AI肯定是有缺陷的AI，但人类一样也选出过希特勒这类有缺陷的领袖。也不要鼓吹AI会让人类失业社会动荡的，大家还是老老实实谈星座运势吧，我为什么就不担心自己失业？

 

7.有些事AI的确准率看起来很低实其很高，比如两人对话听能清楚80%的字就不错了，AI只听懂85%了的文字已经越超人类了。你看我打倒颠字序并不影响你读阅啊。