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用 Java 建構智慧 AI 應用

WBOY原創: 2024-08-30 06:02:05895瀏覽

Building Smart AI Apps in Java

人工智慧 (AI) 已成為現代軟體開發的重要組成部分，為數據分析、自動化和機器學習等領域的應用程式提供動力。儘管有許多適用於 Python 等語言的 AI 框架和函式庫，但 Java 仍然是一種強大的多功能語言，可用於創建強大的、可擴展的 AI 應用程式。在本部落格中，我們將透過實作範例和逐步指南來探索如何使用 Java 建立 AI 應用程式。

為什麼要使用Java進行人工智慧開發？

雖然 Python 因其簡單性和強大的函式庫而在人工智慧領域佔據主導地位，但 Java 具有以下幾個優勢：

效能：Java 應用程式以其效能和可擴展性而聞名，這使其成為大規模 AI 應用程式的理想選擇。
廣泛採用：許多企業使用Java，現有系統經常需要AI整合。
跨平台：Java 的平台無關性使得可以輕鬆地在不同系統上運行 AI 模型。
豐富的生態系：Java 擁有豐富的 AI 函式庫，包括 Deeplearning4j、Weka 和 Apache Mahout。

讓我們深入了解如何使用 Java 實作 AI 解決方案，並專注於機器學習和神經網路。

為 AI 設定 Java

要使用 Java 建立 AI 應用程序，您需要使用適當的程式庫設定開發環境。一些流行的庫包括：

Deeplearning4j (DL4J)：一個受歡迎的開源分散式 Java 深度學習函式庫。
Weka：用於資料探勘的機器學習演算法的集合。
Apache Mahout：用於叢集、分類和協作過濾的可擴展機器學習庫。

在本教程中，我們將重點放在 Deeplearning4j，因為它具有強大的深度學習功能並且在 Java 中易於使用。

安裝 Deeplearning4j

要安裝 Deeplearning4j，您首先需要在您最喜歡的整合開發環境 (IDE)（如 IntelliJ IDEA 或 Eclipse）中設定新的 Maven 專案。

建立 Maven 專案：開啟 IntelliJ IDEA（或其他 IDE），建立一個新的 Maven 項目，並將其命名為 JavaAIExample。
新增依賴：開啟專案中的pom.xml文件，為Deeplearning4j和ND4J（Java數值計算庫）新增以下依賴：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.deeplearning4j</groupId>
        <artifactId>deeplearning4j-core</artifactId>
        <version>1.0.0-beta7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.nd4j</groupId>
        <artifactId>nd4j-native-platform</artifactId>
        <version>1.0.0-beta7</version>
    </dependency>
</dependencies>

一旦這些依賴項就位，Maven 將下載 Deeplearning4j 所需的函式庫。

用 Java 建立簡單的 AI 模型

讓我們逐步了解如何使用 Deeplearning4j 建立一個簡單的神經網路。我們將建立一個基本模型來對 MNIST 資料集中的手寫數字進行分類。

第 1 步：載入數據

Deeplearning4j 提供了載入 MNIST 資料集的內建支援。以下是將其載入到您的專案中的方法：

import org.deeplearning4j.datasets.iterator.impl.MnistDataSetIterator;
import org.nd4j.linalg.dataset.api.iterator.DataSetIterator;

public class MnistExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int batchSize = 128;
        int outputClasses = 10;
        DataSetIterator mnistTrain = new MnistDataSetIterator(batchSize, true, 12345);
        DataSetIterator mnistTest = new MnistDataSetIterator(batchSize, false, 12345);
    }
}

第 2 步：定義神經網路配置

接下來，我們將建立一個具有一個隱藏層的基本神經網路。您可以根據您的要求自訂層數和神經元數量。

import org.deeplearning4j.nn.conf.MultiLayerConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.NeuralNetConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.DenseLayer;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.OutputLayer;
import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.deeplearning4j.optimize.listeners.ScoreIterationListener;
import org.nd4j.linalg.activations.Activation;
import org.nd4j.linalg.learning.config.Adam;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions;

public class MnistExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // Configuration of the neural network
        MultiLayerConfiguration config = new NeuralNetConfiguration.Builder()
                .seed(123)
                .updater(new Adam(0.001))
                .list()
                .layer(new DenseLayer.Builder()
                        .nIn(28 * 28)  // Input layer size (28x28 pixels)
                        .nOut(1000)    // Number of neurons in the hidden layer
                        .activation(Activation.RELU)
                        .build())
                .layer(new OutputLayer.Builder(LossFunctions.LossFunction.NEGATIVELOGLIKELIHOOD)
                        .nIn(1000)
                        .nOut(10)      // 10 output classes (digits 0-9)
                        .activation(Activation.SOFTMAX)
                        .build())
                .build();

        MultiLayerNetwork model = new MultiLayerNetwork(config);
        model.init();
        model.setListeners(new ScoreIterationListener(10)); // Output score every 10 iterations
    }
}

第 3 步：訓練模型

現在，我們將使用 MNIST 訓練資料集來訓練模型並評估其效能。

import org.nd4j.linalg.dataset.api.iterator.DataSetIterator;
import org.nd4j.linalg.dataset.api.DataSet;
import org.deeplearning4j.eval.Evaluation;

public class MnistExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // (Setup code here)

        // Training the model
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            model.fit(mnistTrain);
        }

        // Evaluate the model
        Evaluation eval = new Evaluation(10); // 10 classes for digits
        while (mnistTest.hasNext()) {
            DataSet next = mnistTest.next();
            INDArray output = model.output(next.getFeatures());
            eval.eval(next.getLabels(), output);
        }

        System.out.println(eval.stats());
    }
}

第 4 步：運行模型

編譯並執行您的 Java 應用程式。訓練完成後，控制台會顯示評估指標，包括準確度和精確度。

結論

用 Java 創建人工智慧應用程式可能不像用 Python 那樣流行，但它為企業級、可擴展的人工智慧系統提供了顯著的優勢。在本教程中，我們示範如何使用 Deeplearning4j 設定用於 AI 開發的 Java 環境、載入資料、配置神經網路以及訓練和評估模型。

Java 的效能與 Deeplearning4j 等程式庫結合，使開發人員能夠將 AI 無縫整合到他們的系統中。無論您是在開發即時應用程式還是大規模資料驅動的解決方案，Java 仍然是建立 AI 系統的強大選擇。