TensorFlow移动端机器学习实战

随着人工智能技术的普及和边缘计算等新兴技术的兴起，很多人工智能的应用逐渐从云端向边缘设备和终端设备转移，基于移动端设备和嵌入式设备等小型设备的人工智能应用的开发越来越重要。 TensorFlow作为开源机器学习框架，提供了对不同开发环境和设备的支持。本书详细讲解了如何使用TensorFlow进行端到端机器学习应用的开发，以及使用TensorFlow Lite在小型设备（包括Android、iOS、树莓派（Raspberry Pi））上进行应用开发的要点和相应的实战案例。 《TensorFlow移动端机器学习实战》也讲解了针对Android的硬件加速技术，以及业界流行的机器学习应用框架。本书代码基本对应TensorFlow 2.0。 《TensorFlow移动端机器学习实战》适合没有人工智能开发经验的初学者，以及有一定相关经验并且希望在人工智能应用上更加深入了解的开发者阅读。

第1章 机器学习和TensorFlow简述 1 1.1 机器学习和TensorFlow的历史及发展现状 1 1.1.1 人工智能和机器学习 1 1.1.2 TensorFlow 3 1.1.3 TensorFlow Mobile 5 1.1.4 TensorFlow Lite 5 1.2 在移动设备上运行机器学习的应用 6 1.2.1 生态和现状 7 1.2.2 从移动优先到人工智能优先 8 1.2.3 人工智能的发展 9 1.2.4 在移动设备上进行机器学习的难点和挑战 9 1.2.5 TPU 10 1.3 机器学习框架 11 1.3.1 CAFFE2 11 1.3.2 Android NNAPI 12 1.3.3 CoreML 12 1.3.4 树莓派（Raspberry Pi） 13 第2章 构建开发环境 14 2.1 开发主机和设备的选择 14 2.2 在网络代理环境下开发 15 2.3 集成开发环境IDE 16 2.3.1 Android Studio 16 2.3.2 Visual Studio Code 16 2.3.3 其他IDE 18 2.4 构建工具Bazel 18 2.4.1 Bazel生成调试 19 2.4.2 Bazel Query命令 20 2.5 装载TensorFlow 20 2.6 文档 25 第3章 基于移动端的机器学习的开发方式和流程 26 3.1 开发方式和流程简介 26 3.2 使用TPU进行训练 28 3.3 设备端进行机器学习训练 35 3.4 使用TensorFlow Serving优化TensorFlow模型 41 3.4.1 训练和导出TensorFlow模型 42 3.4.2 使用标准TensorFlow ModelServer加载导出的模型 50 3.4.3 测试服务器 50 3.5 TensorFlow扩展（Extended） 54 第4章 构建TensorFlow Mobile 55 4.1 TensorFlow Mobile的历史 55 4.2 TensorFlow代码结构 55 4.3 构建及运行 61 4.3.1 代码的流程 67 4.3.2 代码的依赖性 68 4.3.3 性能和代码跟踪 69 第5章 用TensorFlow Mobile构建机器学习应用 71 5.1 准备工作 71 5.2 图像分类（Image Classification） 74 5.2.1 应用 74 5.2.2 模型 85 5.3 物体检测（Object Detection） 87 5.3.1 应用 87 5.3.2 模型 92 5.4 时尚渲染（Stylization） 95 5.4.1 应用 95 5.4.2 模型 96 5.5 声音识别（Speech Recognization） 96 5.5.1 应用 96 5.5.2 模型 99 第6章 TensorFlow Lite的架构 101 6.1 模型格式 102 6.1.1 Protocol Buffer 102 6.1.2 FlatBuffers 105 6.1.3 模型结构 112 6.1.4 转换器（Toco） 113 6.1.5 解析器（Interpreter） 119 6.2 底层结构和设计 123 6.2.1 设计目标 123 6.2.2 错误反馈 124 6.2.3 装载模型 125 6.2.4 运行模型 126 6.2.5 定制演算子（CUSTOM Ops） 128 6.2.6 定制内核 132 6.3 工具 133 6.3.1 图像标注（label_image） 133 6.3.2 最小集成（Minimal） 143 6.3.3 Graphviz 143 6.3.4 模型评效 148 第7章 用TensorFlow Lite构建机器学习应用 151 7.1 模型设计 151 7.1.1 使用预先训练的模型 151 7.1.2 重新训练 152 7.1.3 使用瓶颈（Bottleneck） 154 7.2 开发应用 158 7.2.1 程序接口 158 7.2.2 线程和性能 162 7.2.3 模型优化 163 7.3 TensorFlow Lite的应用 170 7.3.1 声音识别 173 7.3.2 图像识别 177 7.4 TensorFlow Lite使用GPU 178 7.4.1 GPU与CPU性能比较 178 7.4.2 开发GPU代理（Delegate） 178 7.5 训练模型 182 7.5.1 仿真器 183 7.5.2 构建执行文件 183 第8章 移动端的机器学习开发 186 8.1 其他设备的支持 186 8.1.1 在iOS上运行TensorFlow的应用 186 8.1.2 在树莓派上运行TensorFlow 189 8.2 设计和优化模型 190 8.2.1 模型大小 191 8.2.2 运行速度 192 8.2.3 可视化模型 196 8.2.4 线程 196 8.2.5 二进制文件大小 197 8.2.6 重新训练移动数据 197 8.2.7 优化模型加载 198 8.2.8 保护模型文件 198 8.2.9 量化计算 199 8.2.10 使用量化计算 202 8.3 设计机器学习应用程序要点 207 第9章 TensorFlow的硬件加速 209 9.1 神经网络接口 209 9.1.1 了解Neural Networks API运行时 210 9.1.2 Neural Networks API编程模型 211 9.1.3 NNAPI 实现的实例 213 9.2 硬件加速 222 9.2.1 高通网络处理器 223 9.2.2 华为HiAI Engine 229 9.2.3 简要比较 235 9.2.4 开放式神经网络交换格式 236 第10章 机器学习应用框架 237 10.1 ML Kit 237 10.1.1 面部识别（Face Detection） 242 10.1.2 文本识别 247 10.1.3 条形码识别 248 10.2 联合学习（Federated Learning） 248 第11章 基于移动设备的机器学习的未来 252 11.1 TensorFlow 2.0和路线图 252 11.1.1 更简单的开发模型 253 11.1.2 更可靠的跨平台的模型发布 254 11.1.3 TensorFlow Lite 254 11.1.4 TensorFlow 1.0 和TensorFlow 2.0的不同 255 11.2 人工智能的发展方向 255 11.2.1 提高人工智能的可解释性 255 11.2.2 贡献社会 256 11.2.3 改善生活 258

王众磊 TensorFlow的开发者之一，具有二十多年的留学和工作经验。现定居美国硅谷，长期从事软件开发工作，发表国际论文及国际专利多项。曾在谷歌等多家大型国际公司及初创企业工作过，有丰富的国内、国际开发及管理经验。 近几年以移动端开发、边缘计算、云计算和机器学习为主，从事开发和管理工作。工作之余喜欢和家人一起去各地旅游、打高尔夫球、滑雪等。 陈海波 深兰科技DeepBlue Technology的创始人，南京工业大学特聘教授，清华大学—深兰科技机器视觉联合研究中心管理委员会主任；上海交通大学—深兰科技人工智能联合实验室管理委员会主任、中南大学—深兰科技人工智能联合研究院专家委员会委员，致力于人工智能的基础研究和应用开发，创建的深兰科学院拥有人工智能研究院、科学计算研究院、生命及AI脑科学院、自动化研究院和智能汽车研究院。 团队拥有包括CVPR、PAKDD、IEEEISI等多项国际竞赛冠军成绩，在自动驾驶和整车、机器人研发及制造、生物科技、自然语言处理（语义智能）、数据挖掘等领域都有深度布局。

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