TensorFlow模型预加载/一次加载多次推理

前言:深度学习算法的研发需要经过模型构建、训练、测试以及部署,其中在部署过程中的一个基本要求就是保证推理速度,而模型的加载会占用较多的时间,因此模型推理服务在调用前需要对模型进行预加载,即实现一次加载多次推理。

实现方法:在with语句下加载模型时,调用图(tf.Graph)与会话(tf.Session)的as_default()方法,将当前图与会话设置为默认图与默认会话,以保证在with语句外也可以执行当前会话,即实现一次加载多次执行。

具体实现模板:

# 一次推理多次调用

import tensorflow as tf

# 模型推理服务类
class ModelInferServer:
    def __init__(self):
        self.load_model()
    
    def load_model(self):
        # 创建tf.Graph
        self.graph = tf.Graph()

        # 创建tf.Session,创建时指定会话所对应的当前图self.graph
        self.sess = tf.Session(self.graph)
        
        # 加载模型时图与会话均调用as_default方法
        with self.graph.as_default():
            with self.sess.as_default():
                # 加载模型相关代码--根据模型情况编写 
                ...

    def infer(input):
        # 模型推理时图与会话同样调用as_default方法
        # 注意:若推理时as_default的调用在只调用一个模型的情况下为非必须
        #      若有多个不同的模型在一个类中封装的话则必须使用
        with self.graph.as_default():
            with self.sess.as_default():
                # 模型推理相关代码--根据模型情况编写 
                ...

if __name__ == "__main__":
    mis = ModelInferServer()
    
    # 多次推理调用样例

    # 第一次推理
    input1 = ...
    mis.infer(input1)
    # 第二次推理
    input2 = ...
    mis.infer(input2)
        

补充内容:若在模型推理服务类中仅仅封装了一个单一模型,则在模型推理时图与会话的as_default方法调用为非必须项,即以上代码块的第27、28行代码可以省略,相对地,若模型推理服务类中封装了多个不同模型,当前模型推理服务需要多个模型推理方能完成,类中会有多个图(如:self.graph1、self.graph2、...)与多个会话(如:self.sess1、self.sess2、...),同样会有多个推理方法(如:self.model1_infer、self.model2_infer、...),此时在调用具体的模型进行推理时就必须指定具体的图与会话为默认图与默认会话(如:self.graph1.as_default()、self.sess1.as_default())。

### 使用 Xinference 框架自动加载模型 Xinference 是一种用于简化机器学习和深度学习工作流的框架,旨在让开发者能够更便捷地管理和部署各种类型的模型。对于希望利用该框架实现自动化模型加载的需求而言,理解其核心组件以及配置方法至关重要。 #### 创建计算图并运行图形 构建神经网络的第一步是在 TensorFlow 中创建计算图。这涉及到定义输入层、隐藏层及其激活函数、输出层等结构要素[^1]。一旦完成了这些设置,则可以通过会话(session)来执行已建立好的图表,从而完成前向传播过程中的预测任务或是反向传播过程中参数更新的任务。 ```python import tensorflow as tf # 定义占位符变量 x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, n_features], name='input_x') y_true = tf.placeholder(tf.int64, shape=[None], name='labels') # 构建多层感知机(MLP) hidden_layer_1 = tf.layers.dense(inputs=x, units=units_in_hidden_layer_1, activation=tf.nn.relu) output_logits = tf.layers.dense(inputs=hidden_layer_1, units=n_classes) # 计算损失值 cross_entropy_loss = tf.reduce_mean( tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y_true, logits=output_logits)) # 优化器操作 optimizer_op = tf.train.AdamOptimizer().minimize(cross_entropy_loss) ``` 为了使模型能够在不同环境中被轻松调用,在训练完成后保存最佳权重是非常重要的一步。通过 `tf.train.Saver()` 可以方便地将所有可变张量(variable tensors)序列化到磁盘上;而在测试阶段只需要重新实例化相同的架构并通过 `restore` 方法读取之前存储的数据即可恢复整个模型的状态。 ```python saver = tf.train.Saver() with tf.Session() as sess: # 初始化全局变量 sess.run(tf.global_variables_initializer()) for epoch in range(training_epochs): ... saver.save(sess=sess, save_path='./model/my_model', global_step=epoch+1) ``` 当需要使用预训练过的模型时,可以借助于预先设定好路径下的 checkpoint 文件找到最近一次成功保存的位置,并据此初始化新的 Session 来继续未竟的工作或者直接进行推理运算。 ```python latest_checkpoint = tf.train.latest_checkpoint('./model/') if latest_checkpoint is not None: saver.restore(sess=session_object_here, save_path=latest_checkpoint) else: raise FileNotFoundError('No checkpoints found.') ``` 考虑到性能因素,通常建议采用较小批量(mini-batch),比如大小为16的情况下可以在较短时间内达到较高的准确性(约95%)。因此,在实际应用中可以根据具体场景调整超参数以获得更好的效果[^2]。
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