机器学习 (ml) 迅速改变了软件开发的世界。直到最近，得益于 tensorflow 和 pytorch 等库，python 仍是 ml 领域的主导语言。但随着 tensorflow.js 的兴起，javascript 开发人员现在可以深入令人兴奋的机器学习世界，使用熟悉的语法直接在浏览器或 node.js 上构建和训练模型。

在这篇博文中，我们将探索如何开始使用 javascript 进行机器学习。我们将演练使用 tensorflow.js.

构建和训练简单模型的示例

为什么选择 tensorflow.js？

tensorflow.js 是一个开源库，可让您完全用 javascript 定义、训练和运行机器学习模型。它既可以在浏览器中运行，也可以在 node.js 上运行，这使得它对于各种 ml 应用程序具有难以置信的多功能性。

以下是 tensorflow.js 令人兴奋的几个原因：

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1. 实时训练：您可以直接在浏览器中运行模型，提供实时交互。
2. 跨平台：相同的代码可以在服务器和客户端环境上运行。
3. 硬件加速：它使用webgl进行gpu加速，从而加快计算速度。

让我们看看如何开始！

1. 设置 tensorflow.js

在深入研究代码之前，您需要安装tensorflow.js。您可以通过 <script> 标签或 npm 将其包含在您的项目中，具体取决于您的环境。</script>

浏览器设置

要在浏览器中使用 tensorflow.js，只需在 html 文件中包含以下 <script> 标签即可：<br> </script>

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow/tfjs"></script>

node.js 设置

对于 node.js 环境，您可以使用 npm 安装它：

npm install @tensorflow/tfjs

2. 构建简单的神经网络模型

让我们创建一个简单的神经网络来预测基本线性函数 y = 2x - 1 的输出。我们将使用 tensorflow.js 来创建和训练该模型。

第 1 步：定义模型

我们首先定义一个具有一个密集层的顺序模型（线性堆栈）：

// import tensorflow.js
import * as tf from '@tensorflow/tfjs';

// create a simple sequential model
const model = tf.sequential();

// add a single dense layer with 1 unit (neuron)
model.add(tf.layers.dense({units: 1, inputshape: [1]}));

在这里，我们创建了一个具有一层致密层的模型。该层有一个神经元（单位：1），并且需要一个输入特征（inputshape：[1]）。

第 2 步：编译模型

接下来，我们通过指定优化器和损失函数来编译模型：

// compile the model
model.compile({
  optimizer: 'sgd',  // stochastic gradient descent
  loss: 'meansquarederror'  // loss function for regression
});

我们使用随机梯度下降（sgd）优化器，这对于小模型非常有效。损失函数meansquarederror适用于像这样的回归任务。

第 3 步：准备训练数据

我们现在将为函数 y = 2x - 1 创建一些训练数据。在 tensorflow.js 中，数据存储在张量（多维数组）中。以下是我们生成一些训练数据的方法：

// generate some synthetic data for training
const xs = tf.tensor2d([0, 1, 2, 3, 4], [5, 1]);  // inputs (x values)
const ys = tf.tensor2d([1, 3, 5, 7, 9], [5, 1]);  // outputs (y values)

在本例中，我们创建了一个具有输入值 (null, 1, 2, 3, 4) 的张量 xs 和一个相应的输出张量 ys，其值使用 y = 2x - 1 计算得出。

第 4 步：训练模型

现在，我们可以根据我们的数据训练模型：

// train the model
model.fit(xs, ys, {epochs: 500}).then(() => {
  // once training is complete, use the model to make predictions
  model.predict(tf.tensor2d([5], [1, 1])).print();  // output will be close to 2*5 - 1 = 9
});

在这里，我们训练模型 500 个时期（训练数据的迭代）。训练后，我们使用模型来预测输入值为 5 的输出，这应该返回一个接近 9 的值 (y = 2*5 - 1 = 9)。

3. 在浏览器中运行模型

要在浏览器中运行此模型，您需要一个包含 tensorflow.js 库和 javascript 代码的 html 文件：

    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow/tfjs"></script>
Simple Neural Network with TensorFlow.js

并且在您的 app.js 文件中，您可以包含上面的模型构建和训练代码。