Deeplearning4j

Deeplearning4j — библиотека программ на языке Java, используемая как фреймворк для глубокого обучения^[2][3][4]. Включает реализацию ограниченной машины Больцмана, глубокой сети доверия, глубокого автокодировщика, стекового автокодировщика с фильтрацией шума, рекурсивной тензорной нейронной сети, word2vec, doc2vec, and GloVe. Эти алгоритмы включены также в версии библиотеки, поддерживающие распределённые вычисления, интегрированные с архитектурами Apache Hadoop и Spark^[5].

Является открытым программным обеспечением, распространяется под лицензией Apache 2.0^[6]; основные разработчики — группа машинного обучения в Сан-Франциско во главе с Адамом Гибсоном^[7][8], коммерческие внедрения поддерживают стартап Skymind.

Технология

Deeplearning4j реализована на языке Java и выполняется в среде, при этом совместима с Clojure и включает интерфейс (API) для языка Scala. Дополнительная библиотека ND4J открытого доступа обеспечивает вычисления на графических процессорах с поддержкой CUDA^[9][10]. Кроме того, имеются средства для работы с библиотекой на языке Python через фреймворк Keras^[11].

Фреймворк позволяет комбинировать компоненты, объединяя обычные нейронные сети с машинами Больцмана, свёрточными нейронными сетями, автокодировщиками и рекуррентными сетями в одну систему. Кроме того, поддерживаются расширенные средства визуализации^[12]. Обучение проводится как с помощью обычных многослойных нейронных сетей, так и для сложных сетей, в которых определён граф вычислений^[13].

Распределённые вычисления

Обучение в Deeplearning4j осуществляется через кластеры. Нейронные сети обучаются параллельно по итерациям, процесс поддерживается архитектурами Hadoop-YARN и Spark^[7][14]. Deeplearning4j осуществляет также интеграцию с ядром архитектуры CUDA для осуществления чистых операций с GPU и распределения операций на графических процессорах.

Научные расчёты для JVM

Deeplearning4j включает в себя класс для работы с n-мерным массивом данных в библиотеке ND4J. Это облегчает вычисления для научных задач на языках Java и Scala, функциональность при этом соответствует языку NumPy для Pythonа. Использование этих средств позволяет эффективно решать задачи линейной алгебры и матричных преобразований в практических приложениях.

Библиотека векторизации DataVec для машинного обучения

Библиотека DataVec проводит векторизацию файлов в различных входных и выходных форматах методом, подобным MapReduce; при этом данные трансформируются в векторную форму. DataVec векторизирует табличный формат CSV, изображения, звуки, тексты, видео и временные последовательности данных^[15][16].

Обработка естественного языка и текстов

Для обработки больших объёмов текстов с использованием мощности параллельных графических процессоров Deeplearning4j привлекает инструментарий векторного и тематического моделирования на языке Java.

В библиотеку входят реализации частотной инверсии (TF-IDF), глубинное обучение, алгоритм Миколова word2vec^[17], doc2vec, и GloVe, которые оптимизированы на Java. При этом используется принцип стохастического встраивания соседей с распределением Стьюдента (t-SNE^[англ.]) для реализации облака слов.

Безопасность

В библиотеку включены средства защиты от внешнего вмешательства и безопасности от взлома, что особенно важно в финансовых задачах^[18][19], в промышленных системах, в электронной коммерции и предпринимательстве применяется распознавание аномалий^[20] и распознавание образов^[21]. Deeplearning4j интегрирован с другими платформами машинного обучения — такими как RapidMiner, Prediction.io^[22] и Weka^[23].

Тесты производительности

Сопоставление производительности показывает, что Deeplearning4j сопоставим с Caffe в задачах нетривиального распознавания образов с привлечением параллельных графических процессоров^[24]. Для программистов, незнакомых с HPC на JVM, имеется несколько параметров, которые можно регулировать для улучшения производительности обучения нейронных сетей. В эти параметры входит настройка динамической памяти, алгоритм сборки мусора, подкачка памяти и предварительное сохранение данных для ускорения ETL^[25]. Комбинируя эти настройки, можно увеличить производительность Deeplearning4j до десяти раз.

См. также

• Сравнение программного обеспечения глубинного обучения

Примечания

Литература

• Паттерсон Дж., Гибсон А. Глубокое обучение с точки зрения практика = Deep Learning. A Practitioner’s Approach. — ДМК-Пресс, 2018. — 418 с. — ISBN 978-5-97060-481-6.

Ссылки

• deeplearning4j.org — официальный сайт Deeplearning4j
• Проект Deeplearning4j на сайте GitHub
• ND4J: N-Dimensional Arrays for Java and Scala, A Linear Algebra Library  (неопр.).
• Java Magazine by Oracle: Deep Learning in Java  (неопр.). Архивировано 24 сентября 2015 года.