Theano

Theano及其分叉PyTensor，是一个Python库和优化的编译器，用来操纵和求值数学表达式特别是矩阵值表达式。在其中，计算使用NumPy风格的语法来表达并被编译，用来在CPU或者GPU架构上高效的运行。

历史
Theano是开源项目，主要由蒙特利尔大学的（MILA）开发。软件名字取自古代哲学家。在2017年9月28日，Pascal Lamblin发布了来自约书亚·本希奥的一则信息，MILA负责人说：由于更强大的工业参与者的竞争，主要的开发在1.0发行之后将会停止。Theano 1.0.0随后在2017年11月15日发行。

在2018年5月17日，Chris Fonnesbeck代表PyMC开发团队写道：PyMC开发者将在他们退场后取得对Theano维护的控制权。在2021年1月绝大部份的Theano代码基被重新建造，并增加了通过JAX和Numba的编译，修订后的这个计算后端以新名字Aesara发行。2022年11月28日，PyMC团队宣布采用从Aesara计划分叉出PyTensor。

样例代码
下列代码以PyTensor用作介绍的例子：
import pytensor
from pytensor import tensor as pt

# 声明2个符号浮点标量
a = pt.dscalar("a")
b = pt.dscalar("b")

# 建立一个简单的表达式
c = a + b

# 将这个表达式转换成一个可调用对象，
# 它接收'(a, b)'值作为输入并计算出一个值给'c'
f_c = pytensor.function([a, b], c)

assert f_c(1.5, 2.5) == 4.0

# 计算样例表达式关于'a'的梯度
dc = pytensor.grad(c, a)

f_dc = pytensor.function([a, b], dc)

assert f_dc(1.5, 2.5) == 1.0
>>> import pytensor
>>> from pytensor import tensor as pt
>>>
>>> # 通过'pytensor.function'编译函数还能优化表达式图
>>> # 它会移除不必要的运算并将特定运算替代为更有效的运算
>>> 
>>> v = pt.vector("v")
>>> M = pt.matrix("M")
>>> 
>>> d = a/a + (M + a).dot(v)
>>> 
>>> pytensor.dprint(d)
Add [id A]
 ├─ ExpandDims{axis=0} [id B]
 │  └─ True_div [id C]
 │     ├─ a [id D]
 │     └─ a [id D]
 └─ dot [id E]
    ├─ Add [id F]
    │  ├─ M [id G]
    │  └─ ExpandDims{axes=[0, 1]} [id H]
    │     └─ a [id D]
    └─ v [id I]
<_io.TextIOWrapper name='<stdout>' mode='w' encoding='utf-8'>
>>> 
>>> f_d = pytensor.function([a, v, M], d)
>>> 
>>> # 'a/a' -> '1'而点积被替代为BLAS函数(i.e. CGemv)
>>> pytensor.dprint(f_d)
Add [id A] 5
 ├─ [1.] [id B]
 └─ CGemv{inplace} [id C] 4
    ├─ AllocEmpty{dtype='float64'} [id D] 3
    │  └─ Shape_i{0} [id E] 2
    │     └─ M [id F]
    ├─ 1.0 [id G]
    ├─ Add [id H] 1
    │  ├─ M [id F]
    │  └─ ExpandDims{axes=[0, 1]} [id I] 0
    │     └─ a [id J]
    ├─ v [id K]
    └─ 0.0 [id L]
<_io.TextIOWrapper name='<stdout>' mode='w' encoding='utf-8'>

参见
 
 可微分编程

引用

外部链接
  (GitHub)
 Theano at Deep Learning, Université de Montréal

阵列编程语言
深度学习
自由科学软件
数值分析语言
Python科学库
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