小型深度学习框架 | TinyGrad，不到1K行代码（附代码下载）

在深度学习时代，谷歌、Facebook、百度等科技巨头开源了多款框架来帮助开发者更轻松地学习、构建和训练不同类型的神经网络。而这些大公司也花费了很大的精力来维护 TensorFlow、PyTorch这样庞大的深度学习框架。除了这类主流框架之外，开发者们也会开源一些小而精的框架或者库。比如今年4月份，特斯拉人工智能部门主管Andrej Karpathy开源了其编写的微型autograd引擎micrograd，该引擎还用50行代码实现了一个类PyTorch api的神经网络库。目前，micrograd项目的GitHub star量达到1200星。不久前，天才黑客George Hotz（乔治·霍兹）开源了一个小型Autograd Tensor库tinygrad，它介于PyTorch和micrograd之间，能够满足做深度学习的大部分要求。上线不到一个月，该项目在GitHub上已经获得1400星。

根据 GitHub 内容，下文对 tinygrad 的安装与使用做了简要介绍。感兴趣的同学也可通过 George Hotz 的 YouTube 视频进行学习。

视频地址：https://www.youtube.com/channel/UCwgKmJM4ZJQRJ-U5NjvR2dg

tinygrad 的安装与使用

「tinygrad 可能不是最好的深度学习框架，但它确实是深度学习框架。」

George 在项目中保证，tinygrad 代码量会永远小于 1000 行。

安装

tinygrad 的安装过程非常简单，只需使用以下命令：

pip3 install tinygrad --upgrade

示例

安装好 tinygrad 之后，就可以进行示例运行，代码如下：

from tinygrad.tensor import Tensor

x = Tensor.eye(3)
y = Tensor([[2.0,0,-2.0]])
z = y.matmul(x).sum()
z.backward()

print(x.grad)  # dz/dx
print(y.grad)  # dz/dy

使用 torch 的代码如下：

import torch

x = torch.eye(3, requires_grad=True)
y = torch.tensor([[2.0,0,-2.0]], requires_grad=True)
z = y.matmul(x).sum()
z.backward()

print(x.grad)  # dz/dx
print(y.grad)  # dz/dy

满足对神经网络的需求

一个不错的autograd张量库可以满足你对神经网络 90％的需求。从 tinygrad.optim 添加优化器（SGD、RMSprop、Adam），再编写一些 minibatching 样板代码，就可以实现你的需求。

示例如下：

from tinygrad.tensor import Tensor
import tinygrad.optim as optim
from tinygrad.utils import layer_init_uniform

class TinyBobNet:
  def __init__(self):
    self.l1 = Tensor(layer_init_uniform(784, 128))
    self.l2 = Tensor(layer_init_uniform(128, 10))

  def forward(self, x):
    return x.dot(self.l1).relu().dot(self.l2).logsoftmax()

model = TinyBobNet()
optim = optim.SGD([model.l1, model.l2], lr=0.001)

# ... and complete like pytorch, with (x,y) data

out = model.forward(x)
loss = out.mul(y).mean()
loss.backward()
optim.step()

支持 GPU

tinygrad 通过 PyOpenCL 支持 GPU。但后向传播暂时无法支持所有 ops。

from tinygrad.tensor import Tensor
(Tensor.ones(4,4).cuda() + Tensor.ones(4,4).cuda()).cpu()

ImageNet inference

「麻雀虽小，五脏俱全。」tinygrad 还能够支持 full EfficientNet，输入一张图像，即可得到其类别。

ipython3 examples/efficientnet.py https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Chicken.jpg

如果你安装了 webcam 和 cv2，则可以使用以下代码：

ipython3 examples/efficientnet.py webcam

注意：如果你想加速运行，设置 GPU=1。

测试

运行以下代码可执行测试：

python -m pytest

此外，乔治 · 霍兹还计划添加语言模型、检测模型，进一步减少代码量、提升速度等。

TODO

• Train an EfficientNet on ImageNet
• Make broadcasting work on the backward pass (simple please)
• EfficientNet backward pass
• Tensors on GPU (a few more backward)
• Add a language model. BERT?
• Add a detection model. EfficientDet?
• Reduce code
• Increase speed
• Add features