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ChatGPT对话：关于训练模型h5格式和SavedModel格式的问题

news 来源：原创 2024/9/22 0:25:05

【编者按】有几天没有更新，一直在学习和调试程序，其中有大量与ChatGPT的对话，遇到的每一个问题都找ChatGPT，再也没有用到百度和google。在ChatGPT的帮助下已完成Python下的花卉识别训练与预测，部署到网站，也可以通过网页识别花卉图片。移植到微信小程序中还有一点问题（在模型加载时，遇到微信小程序不支持“fetch”的问题）。在编写与调试过程中，遇到的坑太多，与ChatGPT对话太多，无法一一呈现，与大家分享，后续会选择有代表性的知识点来分享。针对踩坑的解决方法，后续再总结为一篇文章来呈现，不以围观ChatGPT的方式呈现。
下面是有关h5格式与SavedModel格式的问题。

1问：model.predict()与 model.signatures[‘serving_default’]、infer()，这两种方法有什么区别？（说明：在ChatGPT推荐的代码中涉及两种方法，所以有此一问，同时引出了模型格式的问题）

ChatGPT

在TensorFlow中，model.predict()和model.signatures['serving_default']（或infer()）是两种不同的方法来进行推理（推断）或预测。它们的区别主要在于使用场景和底层实现。

`model.predict()`

适用场景: 这是Keras模型的一个方法，主要用于在本地对数据进行预测。
使用简便: 该方法非常直观且易于使用，特别适合在训练和评估模型后进行批量预测。
输入数据格式: 需要符合模型的输入形状和类型，通常是一个NumPy数组或一个tf.data.Dataset对象。
底层实现: 这是一个高层次的Keras API，内部处理了很多细节，如数据预处理和批处理。

示例:

import tensorflow as tf
import numpy as np# 假设model已经定义和训练好
# 输入数据
data = np.random.random((10, 224, 224, 3))
predictions = model.predict(data)

`model.signatures['serving_default']` 或 `infer()`

适用场景: 这种方法主要用于TensorFlow Serving或导出SavedModel后进行推理。
灵活性: 提供了更多的控制和灵活性，可以自定义输入和输出的签名。
输入数据格式: 输入是一个字典，键为签名中定义的输入张量名称，值为相应的张量。
底层实现: 这是一个低层次的API，通常在模型导出后用于TensorFlow Serving时使用。

示例:

import tensorflow as tf
import numpy as np# 假设model已经定义和训练好，并导出为SavedModel
# 加载模型
loaded_model = tf.saved_model.load('path_to_saved_model')# 获取签名
infer = loaded_model.signatures['serving_default']# 输入数据
input_data = np.random.random((10, 224, 224, 3)).astype(np.float32)
tensor_input_data = tf.convert_to_tensor(input_data)# 构建输入字典
input_dict = {'input_1': tensor_input_data}# 推理
output_dict = infer(**input_dict)
predictions = output_dict['output_1'].numpy()

主要区别

接口和使用简便性:
- model.predict() 是一个高层次的API，适合快速和方便地进行预测。
- model.signatures['serving_default'] 提供了更低层次的控制，适合在模型部署或需要自定义签名的情况下使用。
输入和输出的处理:
- model.predict() 处理输入和输出非常方便，用户只需提供符合要求的输入数据格式。
- model.signatures['serving_default'] 需要用户手动构建输入和输出字典，这使得其更灵活但也稍微复杂一些。
使用场景:
- model.predict() 主要用于本地模型预测，训练和评估后的快速推理。
- model.signatures['serving_default'] 主要用于TensorFlow Serving或模型导出后的远程推理。
性能和优化:
- 在某些情况下，model.signatures['serving_default'] 可能会提供更好的性能，因为它可以利用TensorFlow Serving的优化和批处理能力。

总之，选择哪种方法取决于你的使用场景。如果是在本地进行快速预测，model.predict() 是更好的选择。如果是需要部署模型并在生产环境中进行推理，使用 model.signatures['serving_default'] 会更合适。

2问：与训练模型格式有关吗？如h5，或SavedModel

ChatGPT

是的，model.predict() 和 model.signatures['serving_default'] 在某种程度上与模型的保存格式有关。具体来说，它们对 h5 和 SavedModel 格式的支持有所不同：

`model.predict()`

适用格式: 主要适用于 h5 和 SavedModel 格式的 Keras 模型。
加载模型: 无论是 h5 还是 SavedModel 格式的模型，都可以使用 tf.keras.models.load_model() 来加载。
使用方式: 无论模型以何种格式保存，加载后都可以直接调用 model.predict() 进行预测。

示例:

import tensorflow as tf
import numpy as np# 加载h5格式的模型
model_h5 = tf.keras.models.load_model('model.h5')# 加载SavedModel格式的模型
model_saved = tf.keras.models.load_model('saved_model_directory')# 输入数据
data = np.random.random((10, 224, 224, 3))# 进行预测
predictions_h5 = model_h5.predict(data)
predictions_saved = model_saved.predict(data)

`model.signatures['serving_default']`

适用格式: 主要适用于 SavedModel 格式的模型。
加载模型: 使用 tf.saved_model.load() 来加载 SavedModel 格式的模型。
使用方式: 需要访问模型的签名，并根据签名的要求准备输入和输出。

示例:

import tensorflow as tf
import numpy as np# 加载SavedModel格式的模型
loaded_model = tf.saved_model.load('saved_model_directory')# 获取签名
infer = loaded_model.signatures['serving_default']# 输入数据
input_data = np.random.random((10, 224, 224, 3)).astype(np.float32)
tensor_input_data = tf.convert_to_tensor(input_data)# 构建输入字典
input_dict = {'input_1': tensor_input_data}  # 注意这里的 'input_1' 需要与模型签名匹配# 推理
output_dict = infer(**input_dict)
predictions = output_dict['output_1'].numpy()  # 注意这里的 'output_1' 需要与模型签名匹配

总结

model.predict():
- 适用于 h5 和 SavedModel 格式的 Keras 模型。
- 加载模型后直接使用，接口简单方便。
- 主要用于本地推理和评估。
model.signatures['serving_default']:
- 主要适用于 SavedModel 格式的模型。
- 需要通过签名访问和使用，更灵活但也更复杂。
- 主要用于部署和远程推理，如在 TensorFlow Serving 中使用。

因此，模型保存格式确实会影响你选择哪种方法来进行推理。对于 h5 格式的模型，只能使用 model.predict() 方法，而对于 SavedModel 格式的模型，你可以根据需要选择使用 model.predict() 或 model.signatures['serving_default'] 方法。

3问：把h5与SavedModel模型转换为tensorflowjs后，是否还有model.predict()与model.signatures[‘serving_default’]区别呢？在web中使用哪个更好呢？

ChatGPT

将 Keras 模型（无论是 h5 格式还是 SavedModel 格式）转换为 TensorFlow.js 格式后，主要使用 TensorFlow.js 提供的 API 进行推理。在 TensorFlow.js 中，使用模型进行推理的方式和在 TensorFlow（Python）中有所不同。

TensorFlow.js 中的模型推理

在 TensorFlow.js 中，加载和使用模型的方式主要有以下几种：

使用 tf.loadLayersModel() 和 model.predict()
使用 tf.loadGraphModel() 和 model.execute()

`tf.loadLayersModel()` 和 `model.predict()`

适用模型: 主要适用于 Keras h5 和通过 tfjs.converters.save_keras_model 转换的模型。
使用方式: 类似于在 Python 中的 Keras 模型，加载后可以直接调用 model.predict() 进行推理。

示例:

// 加载Keras模型
const model = await tf.loadLayersModel('path/to/model.json');// 准备输入数据
const input = tf.tensor4d(data, [1, 224, 224, 3]);// 进行预测
const predictions = model.predict(input);
predictions.print();

`tf.loadGraphModel()` 和 `model.execute()`

适用模型: 主要适用于 TensorFlow SavedModel 和通过 tfjs.converters.convert_tf_saved_model 转换的模型。
使用方式: 使用 model.execute() 进行推理，类似于在 Python 中使用 model.signatures['serving_default']。

示例:

// 加载Graph模型
const model = await tf.loadGraphModel('path/to/model.json');// 准备输入数据
const input = tf.tensor4d(data, [1, 224, 224, 3]);// 构建输入字典
const inputDict = { 'input_tensor_name': input }; // 'input_tensor_name'需要与模型的输入张量名称匹配// 进行推理
const output = model.execute(inputDict, ['output_tensor_name']); // 'output_tensor_name'需要与模型的输出张量名称匹配
output.print();

选择哪个更好

在 Web 中选择哪个方法更好取决于以下因素：

模型类型:
- 如果模型是 Keras h5 模型或通过 tfjs.converters.save_keras_model 转换的模型，使用 tf.loadLayersModel() 和 model.predict() 更加简便。
- 如果模型是 TensorFlow SavedModel 或通过 tfjs.converters.convert_tf_saved_model 转换的模型，使用 tf.loadGraphModel() 和 model.execute() 更合适。
使用场景:
- 简单推理: 对于简单的推理任务，使用 tf.loadLayersModel() 和 model.predict() 更加直观和方便。
- 复杂推理: 如果需要自定义输入和输出张量，或者使用特定的签名，tf.loadGraphModel() 和 model.execute() 提供了更多的灵活性。
性能:
- 一般来说，两者在性能上没有显著差异。选择时更多考虑的是模型类型和使用的简便性。

总结

在 Web 中使用 TensorFlow.js 进行模型推理时：

如果模型是 Keras h5 或通过 tfjs.converters.save_keras_model 转换的模型，建议使用 tf.loadLayersModel() 和 model.predict()。
如果模型是 TensorFlow SavedModel 或通过 tfjs.converters.convert_tf_saved_model 转换的模型，建议使用 tf.loadGraphModel() 和 model.execute()。

无论选择哪种方式，都要确保输入和输出的张量名称与模型签名一致。这样可以确保模型能够正确地进行推理。

4问：我是使用tensorflowjs_converter命令把h5和SavedModel转换为tensorflowjs模型的，没有涉及你提到的tfjs.converters.save_keras_model和tfjs.converters.convert_tf_saved_model。阐述一下这2个模块

ChatGPT

在 TensorFlow.js 中，tfjs.converters 模块提供了用于在 TensorFlow 和 TensorFlow.js 之间进行模型转换的工具。以下是对 tfjs.converters.save_keras_model 和 tfjs.converters.convert_tf_saved_model 两个函数的详细说明：

`tfjs.converters.save_keras_model`

这个函数用于将一个 Keras 模型保存为 TensorFlow.js 可用的格式。它在 Python 环境中运行，将现有的 Keras 模型（无论是 .h5 格式还是其他格式的 Keras 模型）转换为 TensorFlow.js 格式。

使用方法:

import tensorflow as tf
import tensorflowjs as tfjs# 假设model是一个已经定义和训练好的Keras模型
model = tf.keras.models.load_model('model.h5')# 将模型转换并保存为TensorFlow.js格式
tfjs.converters.save_keras_model(model, 'path/to/save/model')

示例:

import tensorflow as tf
import tensorflowjs as tfjs# 创建一个简单的Keras模型
model = tf.keras.Sequential([tf.keras.layers.Dense(10, activation='relu', input_shape=(784,)),tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])# 编译和训练模型
model.compile(optimizer='adam', loss='sparse_categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])
# model.fit(...)# 将模型转换为TensorFlow.js格式
tfjs.converters.save_keras_model(model, 'path/to/save/model')

`tfjs.converters.convert_tf_saved_model`

这个函数用于将一个 TensorFlow SavedModel 格式的模型转换为 TensorFlow.js 格式。它同样在 Python 环境中运行，将 TensorFlow SavedModel 模型转换为 TensorFlow.js 格式。

使用方法:

import tensorflowjs as tfjs# 将SavedModel转换并保存为TensorFlow.js格式
tfjs.converters.convert_tf_saved_model('path/to/saved_model', 'path/to/save/model')

示例:

import tensorflow as tf
import tensorflowjs as tfjs# 假设已经有一个保存的SavedModel
# 将SavedModel加载
model = tf.saved_model.load('path/to/saved_model')# 将SavedModel转换为TensorFlow.js格式
tfjs.converters.convert_tf_saved_model('path/to/saved_model', 'path/to/save/model')

`tensorflowjs_converter` 命令行工具

你提到使用 tensorflowjs_converter 命令行工具将 Keras .h5 模型和 SavedModel 转换为 TensorFlow.js 格式。这实际上是利用了 tfjs.converters 模块的功能，但以命令行的方式进行操作。

转换 Keras .h5 模型:

tensorflowjs_converter --input_format keras path/to/model.h5 path/to/save/model

转换 TensorFlow SavedModel:

tensorflowjs_converter --input_format=tf_saved_model --saved_model_tags=serve path/to/saved_model path/to/save/model

在 Web 中使用转换后的模型

不管你是使用 tfjs.converters.save_keras_model、tfjs.converters.convert_tf_saved_model，还是 tensorflowjs_converter 命令行工具来进行转换，转换后的模型在 Web 中的使用方式是相同的。

加载和使用 Keras 模型:

// 使用 tf.loadLayersModel() 加载模型
const model = await tf.loadLayersModel('path/to/model.json');// 准备输入数据
const input = tf.tensor4d(data, [1, 224, 224, 3]);// 进行预测
const predictions = model.predict(input);
predictions.print();

加载和使用 SavedModel:

// 使用 tf.loadGraphModel() 加载模型
const model = await tf.loadGraphModel('path/to/model.json');// 准备输入数据
const input = tf.tensor4d(data, [1, 224, 224, 3]);// 构建输入字典
const inputDict = { 'input_tensor_name': input }; // 'input_tensor_name'需要与模型的输入张量名称匹配// 进行推理
const output = model.execute(inputDict, ['output_tensor_name']); // 'output_tensor_name'需要与模型的输出张量名称匹配
output.print();

总结

tfjs.converters.save_keras_model: 用于在 Python 环境中将 Keras 模型转换为 TensorFlow.js 格式。
tfjs.converters.convert_tf_saved_model: 用于在 Python 环境中将 TensorFlow SavedModel 转换为 TensorFlow.js 格式。
tensorflowjs_converter: 命令行工具，提供了将 Keras .h5 模型和 TensorFlow SavedModel 转换为 TensorFlow.js 格式的便捷方法。

在 Web 中，使用 tf.loadLayersModel() 进行预测更适合简单的 Keras 模型，而使用 tf.loadGraphModel() 则更适合复杂的 TensorFlow SavedModel。选择哪种方法取决于你转换的模型类型以及使用场景。

至此，清楚了模型格式的一些问题。最后，编者选择了在训练的Python代码中直接保存为Tensorflow.js格式，而不需要在使用tensorflowjs_converter来转换，这样，部署到网站或微信小程序就更方便了。