pytorch的发展历史，与其他框架的联系

我一直是这样以为的：pytorch的底层实现是c++(这一点没有问题，见下边的pytorch结构图),然后这个部分顺理成章的被命名为torch,并提供c++接口,我们在python中常用的是带有python接口的，所以被称为pytorch。昨天无意中看到Torch是由lua语言写的，这让我十分震惊，完全颠覆了我的想象。所以今天准备查找并记录一下pytorch的发展历史，与其他框架的联系。当然以下列举的部分难以面面俱到，如果您知道哪些有意思的相关知识，请在评论区评论。

pytorch结构图

• 图片来源 https://golden.com/wiki/PyTorch-NMGD4Y4，如果你想了解有关PyTorch 中的自动微分，PyTorch 基金会的相关信息，可以点进去看一下。

发展历史

pytiorch ，如果您想了解pytorch的技术新闻可点击pytorch的官方博客。2016年10月，PyTorch开始作为Adam Paszke的实习项目。

Torch (基础)

Torch 是一个Facebook的开源机器学习库、一个科学计算框架和一种基于 Lua 编程语言的脚本语言。它于2002年10月首次发布。Torch的开发于2017年转移到PyTorch。

同时期的学习框架还有MATL AB和OpenNN等。MATL AB是由美国MathWorks公司出品的一种用于算法开发、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。OpenNN开发于2003年在国际工程数值方法中心的名为RAMFLOOD的项目中是一个使用C++编写的开源类库。OpenNN的主要优点是其高性能。该库在执行速度和内存分配方面非常出色。它不断优化和并行化，以最大限度地提高其效率。并且Torch的论文中也提到了Matlab：Torch7: A Matlab-like Environment for Machine Learning，Neural Information Processing Systems. 2011.。

Caffe（声明式编程风格）

Caffe（https://github.com/BVLC/caffe）是以C++/CUDA代码为主的深度学习框架，需要进行编译安装，支持命令行、Python和MATLAB接口、单机多卡、多机多卡使用。Caffe的全称是：Convolutional architecture forfast feature embedding，它是一个清晰、高效的深度学习框架。

Caffe是一款知名的深度学习框架，由加州大学伯克利分校的贾扬清博士于2013年在Github上发布。Caffe2018 于 21 年 2022 月底并入 PyTorch。并且在pytorch的开源项目中可以看到名为caffe2的文件夹。

Caffe 遵循了神经网络的一个简单假设------所有的计算都是以layer(如relu_layer：https://github.com/BVLC/caffe/blob/2a1c552b66f026c7508d390b526f2495ed3be594/src/caffe/layers/relu_layer.cpp)的形式表示的，layer做的事情就是处理一些数据，然后输出一些计算以后的结果。比如说卷积，就是输入一个图像，然后和这一层的参数（filter）做卷Captain Jack积，然后输出卷积的结果。每一个layer需要做两个计算：1，Forward是从输入计算输出。2，Backward是从上面给的gradient来计算相对于输入的gradient。只要这两个函数实现了以后，我们就可以把很多层连接成一个网络，这个网络做的事情就是输入我们的数据（图像或者语音等），然后来计算我们需要的输出（比如说识别的label），在training的时候，我们可以根据已有的label来计算loss和gradient，然后用gradient来update网络的参数，这个就是Caffe的一个基本流程。

这是一个官方的caffee的例子：https://github.com/BVLC/caffe/tree/master/examples/mnist ，需要用我们熟悉并使用Google Protobuf定义网络，定义 MNIST 求解器。Caffe通过"blobs"即以4维数组的方式存储和传递数据。Blobs提供了一个统一的内存接口，用于批量图像（或其它数据）的操作，参数或参数更新。Models是以Google Protocol Buffers的方式存储在磁盘上。大型数据存储在LevelDB数据库中。Caffe保留所有的有向无环层图，确保正确的进行前向传播和反向传播。Caffe模型是终端到终端的机器学习系统。一个典型的网络开始于数据层，结束于loss层。通过一个单一的开关，使其网络运行在CPU或GPU上。在CPU或GPU上，层会产生相同的结果。在使用上，caffe（c++）的使用需要进行复杂的编译操作(相比后来的pytorch),所以在caffe流行的时期，有时一个实验室中使用的caffe还是上一届的师兄安装的。但是现在仍有许多论文使用caffee框架，知乎上也有问题：caffe停更这么多年，为何现在还有一些论文开源代码还是使用caffe？

这里引用一下Captain Jack的回答：经典的数据结构先行的程序架构。

1. 整个caffe都是围绕那个 prototxt 定义来实现的。
2. 没有太多额外的系统方向的代码，项目结构清晰，比如：分布式、跨平台、通讯、动态dispatch等等。
3. 和现在的框架比，那就是最小可用产品。
4. 历史占用率高。

所以，

1. 改代码容易，你改改 PyTorch、掏粪 试试。
2. 作为一个数据格式的标准，转换比较容易，到现在 onnx 也就和 caffe 的 prototxt 打平手。很多私有、商业实现还是以 caffe 格式支持为准。
3. 可能是最重要的：熟悉了懒得学新的，改改caffe又不是不能用。

Theano（创新观点）

Theano（https://github.com/Theano/Theano）是一个Python库和优化编译器的开源项目， 用于操作和评估数学表达式，尤其是矩阵值表达式。其计算是使用NumPy语法表示，并且编译后可在CPU/GPU架构上高效运行。

Theano多年来引入很多创新并已被其他框架采用和完善。例如，能够将模型表示为数学表达式，重写计算图以获得更好的性能和内存使用，在GPU上透明执行，高阶自动微分都已成为主流思想。

Keras是一个由Python编写的开源人工神经网络库，可以作为Tensorflow、Microsoft-CNTK和Theano的高阶应用程序接口。

CG

• 深度学习软件比较https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_deep_learning_software

• [源码解析] PyTorch 分布式(1)------历史和概述 https://www.cnblogs.com/rossiXYZ/p/15496268.html

• https://alexmoltzau.medium.com/pytorch-governance-and-history-2e5889b79dc1

• 宣布成立 PyTorch 基金会：尖端 AI 框架的新时代 2022.12 https://ai.meta.com/blog/pytorch-foundation/

• LUA Torch 回忆录 https://zhuanlan.zhihu.com/p/380924980?utm_id=0

• https://en.wikipedia.org/wiki/Torch_(machine_learning)

• 如何评价 Theano？

  h ttps://www.zhihu.com/question/35485591

• Chainer是一个开源的深度学习框架， 完全在NumPy和CuPy Python库

  的基础上用Python编写，因其采用边运行边定义方案以及在大型系统上的性

• Theano实现了非常先进的优化技术来优化完整的计算图。它将代数的各个方面与优化编译器的各个方面相结合。图形的一部分可以编译成 C 语言代码。对于重复计算，评估速度至关重要，Theano通过生成非常有效的代码来达到此目的。 https://www.tutorialspoint.com/theano/theano_computational_graph.htm

• 深度学习框架------自动求导 https://www.cnblogs.com/wolfling/p/14919024.html

• 大模型：

• OneFlow的大模型分片保存和加载策略

• 一块GPU训练TB级推荐模型不是梦，OneEmbedding性能一骑绝尘

• 大模型训练难于上青天？效率超群、易用的"李白"模型库来了

• 深度学习利器之自动微分(1)