22 款设计和可视化神经网络的工具

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22 款设计和可视化神经网络的工具

2024-07-15 20:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

前言

深度学习领域,最常见的就是各种网络模型,那么在写论文或者文章,介绍网络模型的时候,最好的办法当然就是展示代码画图,今天介绍的 Github 项目,就是整理了 22 个设计和可视化网络结构的工具,其地址如下:

https://github.com/ashishpatel26/Tools-to-Design-or-Visualize-Architecture-of-Neural-Network

22 款工具名称分别是:

draw_convnet

NNSVG

PlotNeuralNet

TensorBoard

Caffe

Matlab

Keras.js

Keras-sequential-ascii

Netron

DotNet

Graphviz

Keras Visualization

Conx

ENNUI

NNet

GraphCore

Neataptic

TensorSpace

Netscope CNN Analyzer

Monial

Texample

Quiver

本文首发于我的知乎专栏:https://zhuanlan.zhihu.com/p/147462170

工具 1. draw_convnet

Github: https://github.com/gwding/draw_convnet

star 数量:1.7k+

这个工具最后一次更新是 2018 年的时候,一个 python 脚本来绘制卷积神经网络的工具,效果如下所示:

2. NNSVG

网址:http://alexlenail.me/NN-SVG/LeNet.html

这个工具有 3 种网络结构风格,分别如下所示:

LeNet 类型:

AlexNet 类型

FCNN 类型

3. PlotNeuralNet

GitHub 地址:https://github.com/HarisIqbal88/PlotNeuralNet

star 数量:8.2k+

这个工具是基于 Latex 代码实现的用于绘制网络结构,可以看看使用例子看看这些网络结构图是如何绘制出来的。

效果如下所示:

FCN-8 FCN-32 安装

这里给出在 Ubuntu 和 windows 两个系统的安装方式:

ubuntu 16.04

sudo apt-get install texlive-latex-extra

Ubuntu 18.04.2 是基于这个网站:https://gist.github.com/rain1024/98dd5e2c6c8c28f9ea9d,安装命令如下:

sudo apt-get install texlive-latex-base sudo apt-get install texlive-fonts-recommended sudo apt-get install texlive-fonts-extra sudo apt-get install texlive-latex-extra

Windows

首先下载并安装 MikTex,下载网站:https://miktex.org/download

其次,下载并安装 windows 的 bash 运行器,推荐这两个:

Git:https://git-scm.com/download/win

Cygwin:https://www.cygwin.com/

使用例子

安装完后就是使用,按照如下所示即可:

cd pyexamples/ bash ../tikzmake.sh test_simple

Python 的用法如下:

先创建新的文件夹,并生成一个新的 python 代码文件:

$ mkdir my_project $ cd my_project vim my_arch.py

然后在新的代码文件 my_arch.py 中添加这段代码,用于定义你的网络结构,主要是不同类型网络层的参数,包括输入输出数量、卷积核数量等

import sys sys.path.append('../') from pycore.tikzeng import * # defined your arch arch = [     to_head( '..' ),     to_cor(),     to_begin(),     to_Conv("conv1", 512, 64, offset="(0,0,0)", to="(0,0,0)", height=64, depth=64, width=2 ),     to_Pool("pool1", offset="(0,0,0)", to="(conv1-east)"),     to_Conv("conv2", 128, 64, offset="(1,0,0)", to="(pool1-east)", height=32, depth=32, width=2 ),     to_connection( "pool1", "conv2"),     to_Pool("pool2", offset="(0,0,0)", to="(conv2-east)", height=28, depth=28, width=1),     to_SoftMax("soft1", 10 ,"(3,0,0)", "(pool1-east)", caption="SOFT"  ),     to_connection("pool2", "soft1"),     to_end()     ] def main():     namefile = str(sys.argv[0]).split('.')[0]     to_generate(arch, namefile + '.tex' ) if __name__ == '__main__':     main()

最后,运行脚本

bash ../tikzmake.sh my_arch 4. TensorBoard

https://www.tensorflow.org/tensorboard/graphs

使用过 TensorFlow 的都应该知道这个绘图工具,TensorFlow 的可视化工具,查看网络结构、损失的变化、准确率等指标的变化情况等。

网络结构的效果如下图所示:

5. Caffe

https://github.com/BVLC/caffe/blob/master/python/caffe/draw.py

Caffe 的绘图工具,效果如下所示:

6. Matlab

http://www.mathworks.com/help/nnet/ref/view.html

Matlab 的绘图工具,效果如下所示:

7. Keras.js

https://transcranial.github.io/keras-js/#/inception-v3

Keras 的可视化工具,效果如下所示:

8. keras-sequential-ascii

https://github.com/stared/keras-sequential-ascii/

Keras 的一个第三方库,用于对序列模型的网络结构和参数进行检查,直接打印出来结果,比如,VGG 16 的网络结构如下所示,每层网络的参数维度,参数的数量以及占整个网络参数的比例都会展示出来:

安装

通过 PyPI:

pip install keras_sequential_ascii

直接通过 github 仓库:

pip install git+git://github.com/stared/keras-sequential-ascii.git 使用例子

在代码中添加:

from keras_sequential_ascii import keras2ascii keras2ascii(model) 9. Netron

https://github.com/lutzroeder/Netron

Star 数量:9.7k+

简介

Netron 可以可视化神经网络,深度学习和机器学习模型,目前支持的网络框架包括:

ONNX: .onnx, .pb, .pbtxt 文件

Keras:.h5,.keras 文件

Core ML:.mlmodel

Caffe:.caffemodel, .prototxt

Caffe2:predict_net.pb, predict_net.pbtxt

Darknet: .cfg

MXNet:.model, -symbol.json

ncnn:.param

TensorFlow Lite:.tflite

另外,Netron 也有实验支持这些框架:

TorchScript: .pt, .pth

PyTorch:.pt, .pth

Torch: .t7

Arm NN:.armnn

Barracuda:.nn

BigDL .bigdl, .model

Chainer :.npz, .h5

CNTK :.model, .cntk

Deeplearning4j:.zip

MediaPipe:.pbtxt

ML.NET:.zip

MNN:.mnn

OpenVINO :.xml

PaddlePaddle :.zip, __model__

scikit-learn :.pkl

Tengine :.tmfile

TensorFlow.js :model.json, .pb

TensorFlow :.pb, .meta, .pbtxt, .ckpt, .index

其效果如下所示:

安装

安装方式,根据不同系统,有所不一样:

macOS

两种方式,任选一种:

下载 .dmg 文件,地址:https://github.com/lutzroeder/netron/releases/latest

运行命令 brew cask install netron

Linux

也是两种方式,任选其中一种:

下载 .AppImage 文件,下载地址:https://github.com/lutzroeder/netron/releases/latest

运行命令 snap install netron

Windows

也是两种方式,任选其中一种:

下载 .exe 文件,下载地址:https://github.com/lutzroeder/netron/releases/latest

运行命令 winget install netron

浏览器:浏览器运行地址:https://www.lutzroeder.com/ai/netron

Python 服务器:

首先,运行安装命令 pip install netron,然后使用方法有两种:

命令行,运行 netron [文件路径]

.py 代码中加入

import netron; netron.start('文件路径') 10. DotNet

https://github.com/martisak/dotnets

这个工具是一个简单的 python 脚本,利用 Graphviz 生成神经网络的图片。主要参考了文章:https://tgmstat.wordpress.com/2013/06/12/draw-neural-network-diagrams-graphviz/

用法如下:

在 MaxOS 上:

python dotnets.py | dot -Tpng | open -f -a /Applications/Preview.app

或者生成 PDF 文件

python dotnets.py | dot -Tpdf > test.pdf

其效果如下所示:

11. Graphviz

http://www.graphviz.org/

教程:https://tgmstat.wordpress.com/2013/06/12/draw-neural-network-diagrams-graphviz/

Graphviz 是一个开源的图可视化软件,它可以用抽象的图形和网络图来表示结构化信息。

其效果如下所示:

12. Keras Visualization

https://keras.io/api/utils/model_plotting_utils/

这是 Keras 库中的一个功能模块-- keras.utils.vis_utils 提供的绘制 Keras 网络模型(使用的是 graphviz )

其效果如下所示:

13. Conx

https://conx.readthedocs.io/en/latest/index.html

Python 的一个第三方库 conx 可以通过函数net.picture() 来实现对带有激活函数网络的可视化,可以输出图片格式包括 SVG, PNG 或者是 PIL。

其效果如下所示:

14. ENNUI

https://math.mit.edu/ennui/

通过拖和拽相应的图形框来实现一个网络结构的可视化,下面是一个可视化 LeNet 的例子:

15. NNet

教程:https://beckmw.wordpress.com/2013/03/04/visualizing-neural-networks-from-the-nnet-package/

R 工具包,简单的使用例子如下:

data(infert, package="datasets") plot(neuralnet(case~parity+induced+spontaneous, infert))

效果如下所示:

)

16. GraphCore

https://www.graphcore.ai/posts/what-does-machine-learning-look-like

GraphCore 主要是展示神经网络中操作的可视化结果,但也包括了网络结构的内容,比如每层的网络参数等。

下面展示了两个网络结构的可视化效果--AlexNet 和 ResNet50.

AlexNet

ResNet50

17. Neataptic

https://wagenaartje.github.io/neataptic/

Neataptic 提供了非常灵活的神经网络可视化形式

神经元和突触可以通过一行代码进行删除;

没有规定神经网络的结构必须包含哪些内容

这种灵活性允许通过神经进化(neuro-evolution)的方式为数据集调整网络结构的形状,并通过多线程来实现。

其效果如下图所示:

18. TensorSpace

https://tensorspace.org/

教程:https://www.freecodecamp.org/news/tensorspace-js-a-way-to-3d-visualize-neural-networks-in-browsers-2c0afd7648a8/

TensorSpace 是通过 TensorFlow.js,Three.js 和 Tween.js 构建的一个神经网络三维可视化框架。它提供了 APIs 来构建深度学习网络层,加载预训练模型以及在浏览器中就可以生成三维的可视化结构。通过应用它的 API 接口,可以更直观地可视化和理解通过 TensorFlow、Keras 和 TensorFlow.js 等构建的任何预训练模型。

效果如下图所示:

19. Netscope CNN Analyzer

http://dgschwend.github.io/netscope/quickstart.html

一款基于 web 端的可视化和分析卷积神经网络结构(或者是任意有向无环图),当前支持使用 Caffe 的 prototxt 形式。

效果如下图所示:

20. Monial

https://github.com/mlajtos/moniel

计算图的交互式表示法,展示例子如下所示,左边是输入,右侧就是对应结构的可视化结果。

21. Texample

http://www.texample.net/tikz/examples/neural-network/

这个工具也可以通过 LaTex 来实现一个神经网络结构的可视化,比如,一个 LaTex 的例子:

其可视化结果如下所示:

22. Quiver

github: https://github.com/keplr-io/quiver

Star 数量:1.5k

Keras 的一款交互式可视化卷积特征的一个工具

展示例子如下所示:

安装方式

两种方式,直接用 pip

pip install quiver_engine

或者通过 GitHub 仓库的方式:

pip install git+git://github.com/keplr-io/quiver.git 使用例子

首先构建你的 keras 模型:

model = Model(...)

接着通过一行代码来发布可视化的展示板:

quiver_engine.server.launch(model, classes=['cat','dog'], input_folder='./imgs')

最后在刚刚设置的文件夹中就可以看到每个网络层的可视化结果。

如果是想在浏览器中查看,代码如下:

from quiver_engine import server server.launch(model)

默认的地址是 localhost:5000

参考文章:

https://datascience.stackexchange.com/questions/12851/how-do-you-visualize-neural-network-architectures

https://datascience.stackexchange.com/questions/2670/visualizing-deep-neural-network-training

小结

这 22 款工具的输出结果既有直接打印的,也有黑白图、彩色图、炫酷的球体可视化结果,以及三维可视化结果,基本都可以支持目前主流的深度学习框架,当然也有的是基于特定框架,比如 keras,实现的对应第三方库。

可以根据需求和使用的框架来进行选择,相信应该能够满足大部分人对可视化网络结构的需求。



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