亚马逊云教程5：安装TensorFlow，运行MNIST

概要：安装机器学习的开源Python包TensorFlow，运行机器学习实例MNIST。

读者：初学机器学习的朋友

时间：1500字，阅读3min，操作8min

前提：亚马逊云教程4：安装Anaconda，多python环境，运行jupyter notebook

常听说的人工智能、机器学习等技术，如果我们只是简单运用一下的话，或者是想初步了解一下它们，可以使用别人已经开发好的东西来运行几个案例体会一下。TensorFlow是谷歌的开源机器学习框架，它有Python版本的包。前面我们用一本书来比喻一个Python的包，这里，就像谷歌写了一本书，是关于机器学习的，里面有很多工具，所有安装了这本书的人可以用里面的工具去解决很多问题，这本书就叫TensorFlow。本教程讲解如何在服务器中安装TensorFlow，并且在jupyter notebook中运行一个机器学习的实例，MNIST。

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安装TensorFlow

启动并登录服务器。新建一个Python虚拟环境“tensorflow”，并且添加到jupyter notebook的kernel中。这里我选用python3.6作为示例。谷歌官方完整的文档在这里。

1. roden@ip-172-31-2-87:~$ conda create -n tensorflow python=3.6 ipykernel

2. # 新虚拟环境名字为 tensorflow ，使用python3.6

3. Fetching package metadata .........

4. ... # 省略

5. Proceed ([y]/n)? # 按回车确认

6. libsodium-1.0. 100% |################################| Time: 0:00:04 291.92 kB/s

7. ...

8. ipykernel-4.6. 100% |################################| Time: 0:00:00 466.71 kB/s

9. #

10. # To activate this environment, use:

11. # > source activate tensorflow

12. #

13. # To deactivate this environment, use:

14. # > source deactivate tensorflow

15. #

16. roden@ip-172-31-2-87:~$ source activate tensorflow

17. # 进入新环境

18. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$ python -m ipykernel install --user --name tensorflow

19. # 安装ipykernel到jupyter notebook

20. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$

现在我们就有了一个新环境，并且可以在jupyter notebook中使用。接下来我们在这个环境中安装TensorFlow。根据官网提示，找到TensorFlow的Python包的URL地址。这里我们需要选择Linux的，CPU的，Python3.6的，官网提示(https://www.tensorflow.org/install/install_linux#python_36)。我们使用这个链接“https://storage.googleapis.com/tensorflow/linux/cpu/tensorflow-1.1.0-cp36-cp36m-linuxx8664.whl”。我们使用 pip这个命令安装，pip是Python包管理器，就像图书馆管理员，负责购买新书，退掉旧书等，pip负责安装升级Python的包。

1. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$ pip install --ignore-installed --upgrade https://storage.googleapis.com/tensorflow/linux/cpu/tensorflow-1.1.0-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl

2. # 使用pip，和谷歌给的链接安装TensorFlow这个包。

3. Collecting tensorflow==1.1.0 from https://storage.googleapis.com/tensorflow/linux/cpu/tensorflow-1.1.0-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl

4.  Downloading https://storage.googleapis.com/tensorflow/linux/cpu/tensorflow-1.1.0-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl (31.4MB)

5.    99% |████████████████████████████████| 31.4MB 55.9MB/s eta 0:00:01

6.    ... # 省略

7. Installing collected packages: werkzeug, six, setuptools, protobuf, wheel, numpy, tensorflow

8. Successfully installed numpy-1.13.0 protobuf-3.3.0 setuptools-36.0.1 six-1.10.0 tensorflow-1.1.0 werkzeug-0.12.2 wheel-0.29.0

9. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$ # 安装成功

验证是否成功安装。

1. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$ python

2. Python 3.6.1 |Continuum Analytics, Inc.| (default, May 11 2017, 13:09:58)

3. [GCC 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-1)] on linux

4. Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

5. >>>

然后逐行输入下面的python代码，每一行后按下回车执行。

1. >>> import tensorflow as tf

2. >>> hello = tf.constant('Hello, TensorFlow!')

3. >>> sess = tf.Session()

4. >>> print(sess.run(hello))

看到的结果应该是类似这样的。

1. >>> import tensorflow as tf

2. >>> hello = tf.constant('Hello, TensorFlow!')

3. >>> sess = tf.Session()

4. 2017-06-12 18:16:41.255674: W tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:45] The TensorFlow library wasn't compiled to use SSE4.1 instructions, but these are available on your machine and could speed up CPU computations.

5. 2017-06-12 18:16:41.255755: W tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:45] The TensorFlow library wasn't compiled to use SSE4.2 instructions, but these are available on your machine and could speed up CPU computations.

6. 2017-06-12 18:16:41.255831: W tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:45] The TensorFlow library wasn't compiled to use AVX instructions, but these are available on your machine and could speed up CPU computations.

7. 2017-06-12 18:16:41.255888: W tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:45] The TensorFlow library wasn't compiled to use AVX2 instructions, but these are available on your machine and could speed up CPU computations.

8. 2017-06-12 18:16:41.255925: W tensorflow/core/platform/cpu_feature_guard.cc:45] The TensorFlow library wasn't compiled to use FMA instructions, but these are available on your machine and could speed up CPU computations.

9. >>> print(sess.run(hello))

10. b'Hello, TensorFlow!'

11. >>>

在最后一条命令中，如果看到下面的消息，就说明已经安装成功了。

1. >>> print(sess.run(hello))

2. b'Hello, TensorFlow!'

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运行MNIST

我们可以先运行jupyter notebook，然后在里面新建一个笔记本，使用tensorflow这个kernel。

1. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~/tf_notebook$ nohup jupyter notebook &

2. [1] 1710

3. (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~/tf_notebook$ nohup: ignoring input and appending output to 'nohup.out'

然后我们在浏览器中输入服务器的“PublicIP:jupyterport”，如“http://52.10.20.197:9999/”进入到jupyter notebook中。新建一个笔记本。“New -> tensorflow”。可以改一下笔记本的名字，在新窗口的第一行，“Untitled”，左键点击一下就可以更改了，如“MNIST_demo“。

然后我们准备运行MNIST，这个是被称之为人工智能领域的”Hello World“程序。它是训练一个模型让电脑自动识别手写的数字，0-9。谷歌官方的教程在这里，网上也有一些中文翻译的文档，如TensorFlow中文社区的文档(http://www.tensorfly.cn/tfdoc/tutorials/mnist_pros.html)。下面的代码是从文档中节选后合并在一起的结果。我们把下面的代码放在jupyter notebook中的单元格Cell中。

这一段是在下载并导入数据。

1. from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data

2. mnist = input_data.read_data_sets('MNIST_data', one_hot=True)

下面的代码包含了模型的设计，训练，和评估。具体的含义大家可以看看推荐阅读中的资料。

1. import tensorflow as tf

2. sess = tf.InteractiveSession()

3. x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 784])

4. y_ = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 10])

5. def weight_variable(shape):

6.  initial = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1)

7.  return tf.Variable(initial)

8. def bias_variable(shape):

9.  initial = tf.constant(0.1, shape=shape)

10.  return tf.Variable(initial)

11. def conv2d(x, W):

12.  return tf.nn.conv2d(x, W, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')

13. def max_pool_2x2(x):

14.  return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1, 2, 2, 1],

15.                        strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')

16. W_conv1 = weight_variable([5, 5, 1, 32])

17. b_conv1 = bias_variable([32])

18. x_image = tf.reshape(x, [-1,28,28,1])

19. h_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_image, W_conv1) + b_conv1)

20. h_pool1 = max_pool_2x2(h_conv1)

21. h_conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_image, W_conv1) + b_conv1)

22. h_pool1 = max_pool_2x2(h_conv1)

23. W_conv2 = weight_variable([5, 5, 32, 64])

24. b_conv2 = bias_variable([64])

25. h_conv2 = tf.nn.relu(conv2d(h_pool1, W_conv2) + b_conv2)

26. h_pool2 = max_pool_2x2(h_conv2)

27. W_fc1 = weight_variable([7 * 7 * 64, 1024])

28. b_fc1 = bias_variable([1024])

29. h_pool2_flat = tf.reshape(h_pool2, [-1, 7*7*64])

30. h_fc1 = tf.nn.relu(tf.matmul(h_pool2_flat, W_fc1) + b_fc1)

31. keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

32. h_fc1_drop = tf.nn.dropout(h_fc1, keep_prob)

33. W_fc2 = weight_variable([1024, 10])

34. b_fc2 = bias_variable([10])

35. y_conv = tf.matmul(h_fc1_drop, W_fc2) + b_fc2

36. cross_entropy = tf.reduce_mean(

37.    tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y_, logits=y_conv))

38. train_step = tf.train.AdamOptimizer(1e-4).minimize(cross_entropy)

39. correct_prediction = tf.equal(tf.argmax(y_conv,1), tf.argmax(y_,1))

40. accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

41. sess.run(tf.global_variables_initializer())

42. for i in range(20000):

43.  batch = mnist.train.next_batch(50)

44.  if i%100 == 0:

45.    train_accuracy = accuracy.eval(feed_dict={

46.        x:batch[0], y_: batch[1], keep_prob: 1.0})

47.    print("step %d, training accuracy %g"%(i, train_accuracy))

48.  train_step.run(feed_dict={x: batch[0], y_: batch[1], keep_prob: 0.5})

49. print("test accuracy %g"%accuracy.eval(feed_dict={

50.    x: mnist.test.images, y_: mnist.test.labels, keep_prob: 1.0}))

然后我们可以看到类似下面的输出结果，就代表我们运行成功了。

1. step 0, training accuracy 0.08

2. step 100, training accuracy 0.84

3. step 200, training accuracy 0.92

4. step 300, training accuracy 0.9

5. step 400, training accuracy 0.96

6. ...

大家可以体会到训练的速度非常慢，这是因为我们使用的是非常基本的EC2，下一节我们讲解如何把现在的EC2升级到有强大计算能力的EC2服务器：使用AMI保存已经安装好的所有软件，然后选择其他类别的EC2来创建实例。

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推荐阅读

1. 安装TensorFlow到Ubuntu，谷歌官网文档，中文翻译。

2. 进阶版MNIST教程，谷歌文档，中文翻译。

集锦卡

安装TensorFlow

• conda create -n tensorflow python=3.6 ipykernel创建新的虚拟python3.6环境

• source activate tensorflow进入新环境

• python -m ipykernel install --user --name tensorflow把新环境安装到jupyter的ipython kernel

• pip install --ignore-installed --upgrade https://storage.googleapis.com/tensorflow/linux/cpu/tensorflow-1.1.0-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl安装TensorFlow

测试是否安装成功

1.      (tensorflow) roden@ip-172-31-2-87:~$ python # 进入python

2.      Python 3.6.1 |Continuum Analytics, Inc.| (default, May 11 2017, 13:09:58)

3.      [GCC 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-1)] on linux

4.      Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

5.      >>>

1.      >>> import tensorflow as tf

2.      >>> hello = tf.constant('Hello, TensorFlow!')

3.      >>> sess = tf.Session()

4.      >>> print(sess.run(hello))

看到下面的输出就说明安装成功了。

1.      b'Hello, TensorFlow!'

在jupyter notebook中运行MNIST

• 运行jupyter noteboook， nohup jupyter notebook &

• 新建一个笔记本。“New -> tensorflow”。

• 输入正文中的包含模型的设计，训练，和评估的python代码，并运行。

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编辑：思考问题的熊

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