TensorFlow.js入門（一）一維向量的學習

時間 2019-11-10

標籤 tensorflow.js tensorflow 入門一維向量學習欄目 JavaScript 简体版

原文原文鏈接

TensorFlow的介紹

TensorFlow是谷歌基於DistBelief進行研發的第二代人工智能學習系統，其命名來源於自己的運行原理。Tensor（張量）意味着N維數組，Flow（流）意味着基於數據流圖的計算，TensorFlow爲張量從流圖的一端流動到另外一端計算過程。TensorFlow是將複雜的數據結構傳輸至人工智能神經網中進行分析和處理過程的系統。
TensorFlow是一個著名的開源的人工智能系統，被普遍應用於語音識別或圖像識別等多項機器學習和深度學習領域。它目前支持的程序語言有： Java, Python, Go, Lua, R, JavaScript，其中2018年3 月 31 日，TensorFlow 宣佈增長支持 JavaScript，並推出開源庫 TensorFlow.js 。
咱們將會介紹在前端開發中TensorFlow的相關內容，即TensorFlow.js的學習與應用。css

Tensorflow中的一維向量及其運算

tensor 是 TensorFlow.js 的數據中心單元：由一組數值組成的一維或多維數組。在 TensorFlow.js中，一維向量的構造函數主要爲：tf.tensor()和tf.tensor1d()，具體的API文檔能夠參考：https://js.tensorflow.org/api... 。
能夠用set()和get()函數分別獲取和設置向量中的元素值。
一維向量的運算函數有不少，說明以下：html

tf.add() 兩個向量的對應元素的和
tf.sub() 兩個向量的對應元素的差
tf.mul() 兩個向量的對應元素的乘積
tf.div() 兩個向量的對應元素的商
tf.maximum() 兩個向量的對應元素的最大值
tf.minimum() 兩個向量的對應元素的最小值
tf.pow() 兩個向量的對應元素的冪

以上只是一部分，還有更多的函數如： tf.abs(), tf.sin(), tf.cos(), tf.tan(), tf.tan()等。前端

簡單例子

在網頁中引入TensorFlow.js須要添加「script」標籤，以下：python

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow/tfjs@0.12.0"> </script>

咱們經過一個小小的例子，來講明在TensorFlow.js中一維向量的使用方法，其完整的HTML代碼以下：jquery

<html>
  <head>
    <!-- Load TensorFlow.js -->
    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow/tfjs@0.12.0"> </script>
    <!-- Place your code in the script tag below.-->
    <script>
        function show(){
            var a = [1,2,3,4,5];
            var b = [2,3,4,5,6];
            const vector1 = tf.tensor(a);
            const vector2 = tf.tensor(b);
            const res = vector2.add(vector1);
            document.getElementById("first_element").innerHTML = "第一個元素爲" + res.get(0)+ ".";
            document.getElementById("whole_array").innerHTML = "向量："+res;
        }    
    </script>
    
  </head>

  <body>
  <p id="first_element"></p>
  <p id="whole_array"></p>
  <button onclick="show()" id="show" value="show">show</button>
  </body>
  
</html>

顯示的網頁以下圖：ios

實戰

在剛纔的例子中，咱們僅僅只給出了一個簡單的例子，那麼，若是要實現稍微複雜一點的功能呢，好比下面的網頁：git

咱們能夠用TensorFlow.js來實現這些向量運算。該網頁的完整的HTML代碼以下：github

<html>
  <head>
    <!-- Load TensorFlow.js -->
    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow/tfjs@0.12.0"> </script>
    <link href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet">
    <script src="https://cdn.bootcss.com/jquery/3.3.1/jquery.min.js"></script>
    <script src="tf_result.js"></script>
  </head>

<body>
    <center>
    <h2>TensorFlow向量（一維）學習</h2>
    <br><br>
    <div style="width:600px">
        
        <div>
            <label class="col-sm-2 control-label">向量運算</label>
            <div class="col-sm-10">
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="add" checked="checked"> 加
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline"  value="sub"> 減
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="mul"> 乘
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="div"> 除
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="max"> max
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="min"> min
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="abs"> abs
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="sin"> sin
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="cos"> cos
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="tan"> tan
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="exp"> exp
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="log"> log
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="sqrt"> sqrt
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="square"> square
                </label>
                <label class="radio-inline">
                <input type="radio" name="optionsRadiosinline" value="cubic"> cubic
                </label>
                <br><br>
            </div>
        </div>
        
        <div>
            <label for="vector1" class="col-sm-2 control-label">向量1</label>
            <div class="col-sm-10">
            <input type="text" class="form-control" id="vector1" placeholder="向量1">
            <br>
            </div>
            
        </div>
        
        <div>
            <label for="vector2" class="col-sm-2 control-label">向量2</label>
            <div class="col-sm-10">
            <input type="text" class="form-control" id="vector2" placeholder="向量2">
            <br>
            </div>
        </div>
        
        <div >
            <div class="col-sm-offset-2 col-sm-10">
            <button class="btn btn-default" id="result">顯示結果</button>
            <button class="btn btn-default" id="clc">清空</button>
            </div>
        </div>
    
    </div>
    
    <table class="table" style="width:600px">
        <caption id="tf">運行結果</caption>
        <tbody>
            <tr class="success" id="table">
            </tr>
        </tbody>
    </table>
    
    </center>
</body>
</html>

在其中咱們用到了tf_result.js，其完整的JavaScript代碼以下：web

$(document).ready(function(){
    
    var flag; 
    /*
    flag = 1表示一元運算
    flag = 2表示二元運算
    */
    
    // 清空兩個輸入框的輸入
    $("#clc").click(function(){
        $("#vector1").val("");
        $("#vector2").val("");
    });
    
    // 是否容許"向量2"輸入框有輸入
    $("#vector1").click(function(){
        var op = $("input[name='optionsRadiosinline']:checked").val();
        var ops = ["add", "sub", "mul", "div", "max", "min"];
        if (ops.indexOf(op) == -1)
            flag = 1;
        else
            flag = 2;
        
        //文本框"向量2"禁用
        if(flag == 1){
            $("#vector2").val("");
            $("input[type='text']").each(function () {
　　            $("#vector2").attr("disabled", true);
            });
            
        }
        //文本框"向量2"啓用
        if(flag == 2){
            $("input[type='text']").each(function () {
　　            $("#vector2").attr("disabled", false);
            });
        }
    });
    
    // 利用tensorflow.js的運算函數，輸出計算結果
    $("#result").click(function(){
        
        if(flag == 1){
            var vector1 = $("#vector1").val().split(',').map(Number);
        }
        if(flag == 2){
            var vector1 = $("#vector1").val().toString().split(',').map(Number);
            var vector2 = $("#vector2").val().toString().split(',').map(Number);
            if(vector1.length != vector2.length)
                alert("輸入的兩個向量長度不同");
        }
        
        // 利用tensorflow.js的運算函數
        if( flag == 1 || ((flag == 2) && (vector1.length == vector2.length))){
            var op = $("input[name='optionsRadiosinline']:checked").val();
            const pow2 = tf.tensor(2).toInt(); // 計算平方
            const pow3 = tf.tensor(3).toInt(); // 計算三次方
        
            switch (op) // JavaScript的switch結構
            {
                case "add":  // 加法
                    res = tf.tensor(vector1).add(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "sub":  // 減法
                    res = tf.tensor(vector1).sub(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "mul":  // 乘法
                    res = tf.tensor(vector1).mul(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "div":  // 除法
                    res = tf.tensor(vector1).div(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "max":  // 兩個向量中的最大值，element-wise
                    res = tf.tensor(vector1).maximum(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "min":  // 兩個向量中的最小值，element-wise
                    res = tf.tensor(vector1).minimum(tf.tensor(vector2));
                    break;
                case "abs":  // 絕對值
                    res = tf.tensor(vector1).abs();
                    break;
                case "sin":  // 正弦函數
                    res = tf.tensor(vector1).sin();
                    break;
                case "cos":  // 餘弦函數
                    res = tf.tensor(vector1).cos();
                    break;
                case "tan":  // 正切函數
                    res = tf.tensor(vector1).tan();
                    break;
                case "exp":  // 指數函數，以e爲底
                    res = tf.tensor(vector1).exp();
                    break;
                case "log":  // 對數函數，以e爲底
                    res = tf.tensor(vector1).log();
                    break;
                case "sqrt":  // 平方根
                    res = tf.tensor(vector1).sqrt();
                    break;
                case "square":  // 平方
                    res = tf.tensor(vector1).pow(pow2);
                    break;
                case "cubic":  // 三次方
                    res = tf.tensor(vector1).pow(pow3);
                    break;
                default:
                    res = tf.tensor([]);
            }
            
            
            $("#table").html(""); // 清空原有表格中的數據
            // 輸入計算結果
            for(var i=0; i< res.shape; i++){
                $("tr").append("<td>"+res.get(i)+"</td>;");
            }
        }
        
    });
    
});

運行剛纔的網頁，效果以下：npm