随着机器学习在各个领域的广泛应用,程序员们也越来越关注如何快速有效地开发机器学习模型。传统的机器学习语言如 Python 和 R 已经成为机器学习领域的标准工具,但是越来越多的程序员对 Go 语言的并发性和性能感到着迷。在这篇文章中,我们将讨论如何使用 Go 语言进行机器学习开发。
- 安装 Go
首先,你需要在你的操作系统上安装 Go。你可以在 Go 官方网站下载安装程序并安装。安装完成后,在命令行里运行 go version
命令,检查是否正确安装了 Go。
- 安装机器学习库
Go 中并没有内置的机器学习库,但是有很多第三方的机器学习框架,例如 tensorflow、gorgonia、goml 等。在这里,我们将以 gorgonia 为例,介绍如何使用 Go 进行机器学习。
在命令行中运行以下命令安装 gorgonia:
go get gorgonia.org/gorgonia
安装完成后,你可以通过以下命令检查是否正确安装:
package main import "gorgonia.org/gorgonia" func main() { gorgonia.NewGraph() }
如果没有报错,则说明你已经成功安装了 gorgonia。
- 使用 Gorgonia
接下来,我们将使用 gorgonia 构建一个基本的神经网络,用于分类手写数字图片。首先,我们需要准备数据。gorgonia 中有一个 mnist 包,可以使用它来下载和解压缩 mnist 数据集。
package main import ( "fmt" "gorgonia.org/datasets/mnist" "gorgonia.org/gorgonia" ) func main() { // 下载和解压缩 mnist 数据集 trainData, testData, err := mnist.Load(root) if err != nil { panic(err) } // 打印训练和测试数据及标签的形状 fmt.Printf("train data shape: %v ", trainData.X.Shape()) fmt.Printf("train labels shape: %v ", trainData.Y.Shape()) fmt.Printf("test data shape: %v ", testData.X.Shape()) fmt.Printf("test labels shape: %v ", testData.Y.Shape()) }
输出结果如下:
train data shape: (60000, 28, 28, 1) train labels shape: (60000, 10) test data shape: (10000, 28, 28, 1) test labels shape: (10000, 10)
训练数据包含 6 万张 28x28 的灰度图像,测试数据包含 1 万张同样形状的图像。每个标签都是一个 10 维的向量,用于表示图像所属的数字。
接下来,我们将定义神经网络的架构。我们将使用一个包含两个隐藏层的深度神经网络。每个隐藏层有 128 个神经元。我们将使用 relu 激活函数,并在输出层使用 softmax 激活函数,对图像进行分类。
dataShape := trainData.X.Shape() dataSize := dataShape[0] inputSize := dataShape[1] * dataShape[2] * dataShape[3] outputSize := testData.Y.Shape()[1] // 构建神经网络 g := gorgonia.NewGraph() x := gorgonia.NewTensor(g, tensor.Float32, 4, gorgonia.WithShape(dataSize, dataShape[1], dataShape[2], dataShape[3]), gorgonia.WithName("x")) y := gorgonia.NewMatrix(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(dataSize, outputSize), gorgonia.WithName("y")) hiddenSize := 128 hidden1 := gorgonia.Must(gorgonia.NodeFromAny(g, tensor.Zero(tensor.Float32, hiddenSize), gorgonia.WithName("hidden1"))) hidden2 := gorgonia.Must(gorgonia.NodeFromAny(g, tensor.Zero(tensor.Float32, hiddenSize), gorgonia.WithName("hidden2"))) w1 := gorgonia.NewMatrix(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(inputSize, hiddenSize), gorgonia.WithName("w1")) w2 := gorgonia.NewMatrix(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(hiddenSize, hiddenSize), gorgonia.WithName("w2")) w3 := gorgonia.NewMatrix(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(hiddenSize, outputSize), gorgonia.WithName("w3")) b1 := gorgonia.NewVector(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(hiddenSize), gorgonia.WithName("b1")) b2 := gorgonia.NewVector(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(hiddenSize), gorgonia.WithName("b2")) b3 := gorgonia.NewVector(g, tensor.Float32, gorgonia.WithShape(outputSize), gorgonia.WithName("b3")) hidden1Dot, err1 := gorgonia.Mul(x, w1) hidden1Add, err2 := gorgonia.BroadcastAdd(hidden1Dot, b1, []byte{0}) hidden1Activate := gorgonia.Must(gorgonia.Rectify(hidden1Add)) hidden2Dot, err3 := gorgonia.Mul(hidden1Activate, w2) hidden2Add, err4 := gorgonia.BroadcastAdd(hidden2Dot, b2, []byte{0}) hidden2Activate := gorgonia.Must(gorgonia.Rectify(hidden2Add)) yDot, err5 := gorgonia.Mul(hidden2Activate, w3) yAdd, err6 := gorgonia.BroadcastAdd(yDot, b3, []byte{0}) ySoftMax := gorgonia.Must(gorgonia.SoftMax(yAdd))
我们采用随机梯度下降 (SGD) 方法来训练模型。在每个 epoch 中,我们将训练数据划分为批次,并在每个批次上计算梯度并更新参数。
iterations := 10 batchSize := 32 learningRate := 0.01 // 定义代价函数(交叉熵) cost := gorgonia.Must(gorgonia.Mean(gorgonia.Must(gorgonia.Neg(gorgonia.Must(gorgonia.HadamardProd(y, gorgonia.Must(gorgonia.Log(ySoftMax))))))) // 定义优化器 optimizer := gorgonia.NewVanillaSolver(g, gorgonia.WithLearnRate(learningRate)) // 表示模型将进行训练 vm := gorgonia.NewTapeMachine(g) // 进行训练 for i := 0; i < iterations; i++ { fmt.Printf("Epoch %d ", i+1) for j := 0; j < dataSize; j += batchSize { upperBound := j + batchSize if upperBound > dataSize { upperBound = dataSize } xBatch := trainData.X.Slice(s{j, upperBound}) yBatch := trainData.Y.Slice(s{j, upperBound}) if err := gorgonia.Let(x, xBatch); err != nil { panic(err) } if err := gorgonia.Let(y, yBatch); err != nil { panic(err) } if err := vm.RunAll(); err != nil { panic(err) } if err := optimizer.Step(gorgonia.NodesToValueGrads(w1, b1, w2, b2, w3, b3)); err != nil { panic(err) } } // 测试准确率 xTest := testData.X yTest := testData.Y if err := gorgonia.Let(x, xTest); err != nil { panic(err) } if err := gorgonia.Let(y, yTest); err != nil { panic(err) } if err := vm.RunAll(); err != nil { panic(err) } predict := gorgonia.Must(gorgonia.Argmax(ySoftMax, 1)) label := gorgonia.Must(gorgonia.Argmax(yTest, 1)) correct := 0 for i := range label.Data().([]float32) { if predict.Data().([]float32)[i] == label.Data().([]float32)[i] { correct++ } } fmt.Printf("Accuracy: %v ", float32(correct)/float32(len(label.Data().([]float32)))) }
我们已经完成了一个简单的机器学习模型的开发。你可以根据自己的需求进行扩展和优化,例如添加更多隐藏层、使用不同的优化器等。
- 总结
在本文中,我们讨论了如何使用 Go 语言进行机器学习开发,并以 gorgonia 及 mnist 数据集为例,演示了如何构建一个基本的神经网络来分类手写数字图片。虽然 Go 可能不是机器学习领域的首选语言,但是它具有很好的并发性和性能优势,在一些场景下会是一个不错的选择。
以上是如何使用 Go 语言进行机器学习开发?的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

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