本節(jié)對5個開源深度學習框架進行對比研究，主要側重于3個維度研究：硬件支持率、速度和準確率、社區(qū)活躍性。他們分別是：TensorFlow、Caffe、Keras、Torch、DL4j 。

2.3.1 硬件支持率

本節(jié)研究的硬件利用率指不同開源深度學習框架對于不同CPU／GPU配置下對硬件的支持效率與通用性能表現(xiàn)。

表2.1展示了各框架對于不同硬件的通用支持性能。

2.3.2 速度和準確率

本節(jié)將梯度計算時間、前饋傳播和反饋傳播時間總和度量，不對各項進行細分。且所有試驗數(shù)據(jù)基于CPU。

本節(jié)選取全鏈接神經(jīng)網(wǎng)絡(Fully Connected Neural Network, FCNN)作為深度學習框架速度測試模型。FCNN被視為前饋多層感知網(wǎng)絡，意味著網(wǎng)絡神經(jīng)元之間的連接是單向的，不包含環(huán)狀連接，因此容易獲得時間數(shù)據(jù)。FCNN最主要的用途在于進行數(shù)據(jù)分類工作，因此適合對不同框架下的準確率進行對比。

本節(jié)選取MNIST手寫數(shù)字圖片集作為FCNN的數(shù)據(jù)集對不同框架進行測試。MNIST數(shù)據(jù)集由6000張訓練圖像集和1000張測試圖像集組成，均為28X28像素的手寫數(shù)字圖片。

本節(jié)目標在于對比測試FCNN類型的神經(jīng)網(wǎng)絡在不同框架上的收斂所耗時間以及預訓練網(wǎng)絡在不同框架上對于分類結果預測的準確性。主要考察以下方面：1.收斂速度；2.預測耗時；3.分類準確性；4.源代碼規(guī)模；

為了評估模型的可擴展性，采用不同的擴展性因子來度量上述1-3點。神經(jīng)網(wǎng)絡結構采用兩種尺度進行測試：1.使用相同的神經(jīng)元數(shù)來改變網(wǎng)絡的“深度”(見圖2.10)；2.使用相同的層數(shù)來改變網(wǎng)絡的“寬度”(見圖2.11)；

圖2.9 “深度”改變了的神經(jīng)網(wǎng)絡

圖2.10 “寬度”改變了的神經(jīng)網(wǎng)絡

圖2.11-圖2.14展示了FCNN基于各框架使 用Tanh非線性激活函數(shù)的情況下的訓練時間、預測時間和分類準確度。所有試驗的Epoch設定為10。

圖2.11 基于Tanh激活的FCNN在改變“深度”情況下的訓練時間

圖2.12 基于Tanh激活的FCNN在改變“深度”情況下的預測時間

圖2.13 基于Tanh激活的FCNN在改變“深度”情況下的分類準確率

類似的，圖2.14-圖2.16展示了FCNN基于各框架使用ReLU非線形激活函數(shù)的情況下的訓練時間。

圖2.14 基于ReLU激活的FCNN在改變“深度”情況下的訓練時間

圖2.15 基于ReLU激活的FCNN在改變“深度”情況下的預測時間