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用Python將Keras深度學習模型部署為Web應用程式

2020-09-10 03:45:38 其他

作者|Will Koehrsen
編譯|Flin
來源|towardsdatascience

構建一個很棒的機器學習專案是一回事,但歸根結底,你希望其他人能夠看到你的辛勤作業,當然,你可以將整個專案放在GitHub上,但是怎么讓你的祖父母也看到呢?我們想要的是將深度學習模型部署為世界上任何人都可以訪問的Web應用程式,

在本文中,我們將看到如何撰寫一個Web應用程式,該應用程式使用經過訓練的Keras遞回神經網路,并允許用戶生成新的專利文摘,這個專案建立在遞回神經網路的基礎上,但是了解如何創建RNN是不必要的,

現在我們將其視為黑匣子:我們按一個開始的順序進行操作,它輸出一個全新的專利文摘,可以在瀏覽器中顯示!

傳統上,資料科學家會開發模型,而前端工程師則將模型展示給全世界,在這個專案中,我們必須扮演兩個角色,并投入到Web開發中(盡管幾乎全部使用Python),

該專案需要將眾多主題結合在一起:

  • Flask:用Python創建一個基本的Web應用程式

  • Keras:部署訓練有素的遞回神經網路

  • 使用Jinja模板庫創建模板

  • 用于撰寫網頁的HTML和CSS

  • Flask:http://flask.pocoo.org/

  • Keras:http://keras.io/

  • HTML:https://www.w3schools.com/html/

  • CSS:https://www.w3schools.com/html/html_css.asp

最終結果是一個網路應用程式,該應用程式允許用戶使用經過訓練的回圈神經網路生成全新的專利文摘:

該專案的完整代碼可在GitHub上找到,

  • https://github.com/WillKoehrsen/recurrent-neural-networks

方法

目的是使Web應用程式盡快啟動并運行,為此,我選擇了Flask,它允許我們用Python撰寫應用程式,我不喜歡搞亂樣式(這清楚地顯示了),所以幾乎所有的CSS都是復制和粘貼的,

Keras團隊的這篇文章(https://blog.keras.io/building-a-simple-keras-deep-learning-rest-api.html) 對基礎知識很有幫助,本文也是一個有用的指南,

總體而言,該專案遵循我的設計原則:快速啟動并運行原型——根據需要進行復制和粘貼,然后進行迭代以制作出更好的產品,

帶Flask的基本Web應用程式

用Python構建Web應用程式的最快方法是使用Flask,要制作自己的應用程式,我們可以使用以下內容:

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def hello():
    return "<h1>Not Much Going On Here</h1>"

app.run(host='0.0.0.0', port=50000)

如果你復制并粘貼此代碼并運行它,則可以在 localhost:50000上查看自己的Web應用程式,當然,我們還想做更多的事情,所以我們將使用稍微復雜一點的功能,該功能基本上可以完成相同的作業:處理來自瀏覽器的請求,并以HTML形式提供一些內容,對于我們的主頁,我們想向用戶顯示一個表單以輸入一些詳細資訊,

用戶輸入表

當用戶到達應用程式的主頁時,我們將向他們顯示一個帶有三個引數的表單供你選擇:

  1. 輸入RNN的開始序列或隨機選擇
  2. 選擇RNN預測的多樣性
  3. 選擇RNN輸出的字數

要在Python中構建表單,我們將使用wtforms,創建表單的代碼為:

  • wtforms:https://wtforms.readthedocs.io/
from wtforms import (Form, TextField, validators, SubmitField, 
DecimalField, IntegerField)

class ReusableForm(Form):
    """User entry form for entering specifics for generation"""
    # Starting seed
    seed = TextField("Enter a seed string or 'random':", validators=[
                     validators.InputRequired()])
    # Diversity of predictions
    diversity = DecimalField('Enter diversity:', default=0.8,
                             validators=[validators.InputRequired(),
                                         validators.NumberRange(min=0.5, max=5.0,
                                         message='Diversity must be between 0.5 and 5.')])
    # Number of words
    words = IntegerField('Enter number of words to generate:',
                         default=50, validators=[validators.InputRequired(),
                                                 validators.NumberRange(min=10, max=100, 
                                                 message='Number of words must be between 10 and 100')])
    # Submit button
    submit = SubmitField("Enter")

這將創建如下所示的表單(樣式來自main.css):

validator代碼確保用戶輸入正確的資訊,例如,我們檢查所有框是否都已填寫,且其diversity介于0.5到5之間,必須滿足這些條件才能接受該表格,

我們Flask實際提供表單的方式是使用模板,

模板

模板是一個包含基本框架的檔案,我們需要用它來填充細節,對于Flask Web應用程式,我們可以使用Jinja模板庫將Python代碼傳遞到HTML檔案,例如,在main函式中,我們將把表單的內容發送到一個名為index.html的檔案.

  • Jinja模板庫:http://jinja.pocoo.org/
from flask import render_template

# Home page
@app.route("/", methods=['GET', 'POST'])
def home():
    """Home page of app with form"""
    # Create form
    form = ReusableForm(request.form)

    # Send template information to index.html
    return render_template('index.html', form=form)

當用戶到達主頁時,我們的應用程式將提供index.html表格上的細節,該模板是一個簡單的html框架,我們在其中使用{{variable}}語法參考python變數,

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <title>RNN Patent Writing</title>
  <link rel="stylesheet" href=https://www.cnblogs.com/panchuangai/p/"/static/css/main.css">
  <link rel="shortcut icon" href="/static/images/lstm.ico">
  


<body>
  

Writing Novel Patent Abstracts with Recurrent Neural Networks

{% block content %} {% for message in form.seed.errors %}
{{ message }}
{% endfor %} {% for message in form.diversity.errors %}
{{ message }}
{% endfor %} {% for message in form.words.errors %}
{{ message }}
{% endfor %}
{{ form.seed.label }} {{ form.seed }} {{ form.diversity.label }} {{ form.diversity }} {{ form.words.label }} {{ form.words }} {{ form.submit }}
{% endblock %}

對于表單中的每個錯誤(那些無法驗證的條目),對應的一個錯誤將閃爍,除此之外,此檔案將顯示上述表單,

當用戶輸入資訊并點擊submit(POST請求)時,如果資訊是正確的,我們希望將輸入轉移到適當的函式,以使用經過訓練的RNN進行預測,這意味著修改home()

from flask import request
# User defined utility functions
from utils import generate_random_start, generate_from_seed

# Home page
@app.route("/", methods=['GET', 'POST'])
def home():
    """Home page of app with form"""
    
    # Create form
    form = ReusableForm(request.form)

    # On form entry and all conditions met
    if request.method == 'POST' and form.validate():
        # Extract information
        seed = request.form['seed']
        diversity = float(request.form['diversity'])
        words = int(request.form['words'])
        # Generate a random sequence
        if seed == 'random':
            return render_template('random.html', 
                                   input=generate_random_start(model=model, 
                                                               graph=graph, 
                                                               new_words=words, 
                                                               diversity=diversity))
        # Generate starting from a seed sequence
        else:
            return render_template('seeded.html', 
                                   input=generate_from_seed(model=model, 
                                                            graph=graph, 
                                                            seed=seed, 
                                                            new_words=words, 
                                                            diversity=diversity))
    # Send template information to index.html
    return render_template('index.html', form=form)

現在,當用戶點擊submit并且資訊正確時,根據輸入的不同,輸入將被發送到generate_random_startgenerate_from_seed,這些函式使用經過訓練的Keras模型生成具有用戶指定的diversitynum_words的新穎專利,這些函式的輸出依次被發送到其中一個模板random.html或者seeded.html作為一個網頁,

使用預先訓練的Keras模型進行預測

模型引數是經過訓練的Keras模型,加載如下:

from keras.models import load_model
import tensorflow as tf

def load_keras_model():
    """Load in the pre-trained model"""
    global model
    model = load_model('../models/train-embeddings-rnn.h5')
    # Required for model to work
    global graph
    graph = tf.get_default_graph()
    
load_keras_model()

tf.get_default_graph()是基于這個要點的一種解決方案,

我將不展示這兩個util函式的全部內容(這里是代碼),你需要理解的是它們使用經過訓練的Keras模型以及引數,并對新的專利文摘進行預測,

這些函式都回傳帶有格式化HTML的Python字串,該字串被發送到另一個模板以呈現為網頁,例如,generate_random_start回傳格式為html,回傳結果為random.html

<!DOCTYPE html>
<html>

<header>
    <title>Random Starting Abstract
    </title>

    <link rel="stylesheet" href=https://www.cnblogs.com/panchuangai/p/"/static/css/main.css">
    <link rel="shortcut icon" href="/static/images/lstm.ico">
    


<body>
    
{% block content %} {{input|safe}} {% endblock %}

這里我們再次使用Jinja模板引擎來顯示格式化的HTML,因為Python字串已經被格式化為HTML,我們所要做的就是使用{{input| safe}}(其中input是Python變數)來顯示它,然后我們就可以在main.css設計這個頁面的樣式了, 和其他html模板一樣,

輸出量

generate_random_start選擇一個隨機的專利文摘作為開始序列,并根據該摘要進行預測,然后顯示開始順序,RNN生成的輸出和實際輸出:

該函式generate_from_seed采用用戶提供的起始序列,然后使用經過訓練的RNN對其進行構建,輸出如下:

盡管結果并不總是完全正確,但它們確實表明遞回神經網路已經學習了英語的基礎知識,經過訓練,可以預測前50個單詞中的下一個單詞,并掌握了如何撰寫具有說服力的專利文摘!

根據預測的多樣性,輸出可能是完全隨機的或回圈的,

運行應用

要自己運行該應用程式,你所需要做的就是下載存盤庫,導航到該deployment目錄并輸入python run_keras_server.py,這將立即使Web應用程式在localhost:10000可用,

根據家庭WiFi的配置方式,你應該能夠使用IP地址從網路上的任何計算機訪問該應用程式,

下一步

你的個人計算機上運行的Web應用程式非常適合與朋友和家人共享,我絕對不建議你向家庭網路中的所有人開放此功能!為此,我們想要在AWS EC2實體上設定應用程式并將其提供給全世界(稍后發布),

為了改善應用程式,我們可以(通過main.css)更改樣式,并可能添加更多選項,例如選擇經過預先訓練的網路的功能,關于個人專案的偉大之處在于,你可以根據需要擴展它們,如果你想使用該應用程式,請下載代碼并開始使用,

  • 代碼下載:https://github.com/WillKoehrsen/recurrent-neural-networks

結論

在本文中,我們看到了如何將訓練有素的Keras深度學習模型部署為Web應用程式,這需要將多種不同的技術結合在一起,包括遞回神經網路,Web應用程式,模板,HTML,CSS,當然還有Python,

雖然這只是一個基本的應用程式,但它表明你可以開始使用深度學習來構建web應用程式,而不需要花費太多的精力,

submit = SubmitField("Enter")

在訓練模型中加載,

原文鏈接:https://towardsdatascience.com/stop-worrying-and-create-your-deep-learning-server-in-30-minutes-bb5bd956b8de

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