用Python实现深度学习框架

本书带领读者用原生Python语言和Numpy线性代数库实现一个基于计算图的深度学习框架MatrixSlow（类似简易版的PyTorch、TensorFlow或Caffe）。全书分为三个部分。第一部分是原理篇，实现了MatrixSlow框架的核心基础设施，并基于此讲解了机器学习与深度学习的概念和原理，比如模型、计算图、训练、梯度下降法及其各种变体。第二部分是模型篇，介绍了多种具有代表性的模型，包括逻辑回归、多层全连接神经网络、因子分解机、Wide & Deep、DeepFM、循环神经网络以及卷积神经网络，这部分除了着重介绍这些模型的原理、结构以及它们之间的联系外，还用MatrixSlow框架搭建并训练它们以解决实际问题。第三部分是工程篇，讨论了一些与深度学习框架相关的工程问题，内容涉及训练与评估，模型的保存、导入和服务部署，分布式训练，等等。

张觉非
本科毕业于复旦大学计算机系，于中国科学院古脊椎动物与古人类研究所取得古生物学硕士学位，目前在互联网行业从事机器学习算法相关工作。
陈震
硕士毕业于北京大学。现任奇虎360智能工程部总监、负责人，带领团队建设集团的机器学习计算调度平台、机器学习建模平台、机器学习推理引擎以及推荐平台等AI基础设施。

1.大咖推荐：复旦大学计算机学院教授邱锡鹏、一流科技创始人兼CEO袁进辉（@老师木）、格灵深瞳创始人兼CEO赵勇、奇虎360集团副总裁邓亚峰联合推荐
2.干货满满：从零开始用Python实现自己的深度学习框架，搭建从逻辑回归到卷积神经网络的各类模型和网络，涵盖模型的训练、评估、保存与部署等工程问题
3.聚焦实战：360智能工程部高级机器学习算法工程师倾力打造
4.提供源代码

这是一本引人入胜的书，它通过由浅入深的讲解让你了解深度学习的原理、模型和实现方法，内容清晰易懂，表达生动形象。当从零开始一步一步实现一个深度学习框架MatrixSlow后，你会更加深入地理解深度学习的奥秘，进而快速提升自己的能力。
--邱锡鹏，复旦大学计算机学院教授

第 一部分　原理篇
第　1章 机器学习与模型　2
1．1　模型　2
1．2　参数与训练　4
1．3　损失函数　9
1．4　计算图的训练　10
1．5　小结　12
第　2章 计算图　13
2．1　什么是计算图　13
2．2　前向传播　14
2．3　函数优化与梯度下降法　18
2．4　链式法则与反向传播　29
2．5　在计算图上执行梯度下降法　36
2．6　节点类及其子类　36
2．7　用计算图搭建ADALINE并训练　44
2．8　小结　48
第3章　优化器　49
3．1　优化流程的抽象实现　49
3．2　BGD、SGD和MBGD　53
3．3　梯度下降优化器　58
3．4　朴素梯度下降法的局限　60
3．5　冲量优化器　61
3．6　AdaGrad优化器　62
3．7　RMSProp优化器　64
3．8　Adam优化器　65
3．9　小结　68
第二部分　模型篇
第4章　逻辑回归　70
4．1　对数损失函数　70
4．2　Logistic函数　73
4．3　二分类逻辑回归　75
4．4　多分类逻辑回归　78
4．5　交叉熵　81
4．6　实例：鸢尾花　85
4．7　小结　88
第5章　神经网络　90
5．1　神经元与激活函数　90
5．2　神经网络　95
5．3　多层全连接神经网络　99
5．4　多个全连接层的意义　101
5．5　实例：鸢尾花　108
5．6　实例：手写数字识别　110
5．7　小结　116
第6章　非全连接神经网络　117
6．1　带二次项的逻辑回归　117
6．2　因子分解机　124
6．3　Wide & Deep　132
6．4　DeepFM　137
6．5　实例：泰坦尼克号幸存者　141
6．6　小结　150
第7章　循环神经网络　151
7．1　RNN的结构　151
7．2　RNN的输出　152
7．3　实例：正弦波与方波　155
7．4　变长序列　159
7．5　实例：3D电磁发音仪单词识别　164
7．6　小结　167
第8章　卷积神经网络　168
8．1　蒙德里安与莫奈　168
8．2　滤波器　170
8．3　可训练的滤波器　176
8．4　卷积层　183
8．5　池化层　186
8．6　CNN的结构　189
8．7　实例：手写数字识别　190
8．8　小结　194
第三部分　工程篇
第9章　训练与评估　196
9．1　训练和Trainer训练器　196
9．2　评估和Metrics节点　202
9．3　混淆矩阵　204
9．4　正确率　204
9．5　查准率　206
9．6　查全率　206
9．7　ROC曲线和AUC　208
9．8　小结　211
第　10章 模型保存、预测和服务　212
10．1　模型保存　213
10．2　模型加载和预测　216
10．3　模型服务　216
10．4　客户端　222
10．5　小结　223
第　11章 分布式训练　224
11．1　分布式训练的原理　224
11．2　基于参数服务器的架构　230
11．3　Ring AllReduce原理　241
11．4　Ring AllReduce架构实现　248
11．5　分布式训练性能评测　257
11．6　小结　259
第　12章 工业级深度学习框架　261
12．1　张量　262
12．2　计算加速　263
12．3　GPU　265
12．4　数据接口　266
12．5　模型并行　266
12．6　静态图和动态图　267
12．7　混合精度训练　268
12．8　图优化和编译优化　270
12．9　移动端和嵌入式端　270
12．10　小结　271

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