ML.NET呼叫Tensorflow模型示例——MNIST

Ken.W發表於2019-05-21

ML.NET在不久前發行了1.0版本，在考慮這一新輪子的實際用途時，最先想到的是其能否呼叫已有的模型，特別是最被廣泛使用的Tensorflow模型。於是在查詢了不少資料後，有了本篇示例。希望可以有拋磚引玉之功。

環境

Tensorflow 1.13.1
Microsoft.ML 1.0.0
Microsoft.ML.TensorFlow 0.12.0
netcoreapp2.2

訓練模型

這裡為了方便，利用Keras的API減少所需的程式碼。

import tensorflow as tf
mnist = tf.keras.datasets.mnist

(x_train, y_train),(x_test, y_test) = mnist.load_data()
x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0

model = tf.keras.models.Sequential([
  tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)),
  tf.keras.layers.Dense(512, activation=tf.nn.relu),
  tf.keras.layers.Dropout(0.2),
  tf.keras.layers.Dense(10, activation=tf.nn.softmax)
])
model.compile(optimizer='adam',
              loss='sparse_categorical_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

model.fit(x_train, y_train, epochs=5)
model.evaluate(x_test, y_test)
model.save('model.h5')

得到的模型精度在98%以上，不錯的結果。
ML.NET呼叫Tensorflow模型示例——MNIST

檢驗模型

載入已訓練的模型，用某一測試資料驗證結果。

with CustomObjectScope({'GlorotUniform': glorot_uniform()}):
    model = load_model('model.h5')

    data = [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
            0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.027450980392156862, 0.09411764705882353, 0.5019607843137255, 0.5450980392156862, 0.5411764705882353, 0.7490196078431373, 0.7058823529411765, 0.9921568627450981, 0.7490196078431373, 0.5411764705882353, 0.18823529411764706, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.16862745098039217, 0.1843137254901961, 0.47058823529411764, 0.7294117647058823, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.9882352941176471, 0.8901960784313725, 0.11372549019607843, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.07450980392156863, 0.6431372549019608, 0.9647058823529412, 0.9921568627450981, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8901960784313725, 0.7176470588235294, 0.7215686274509804, 0.6352941176470588, 0.27058823529411763, 0.27058823529411763, 0.27058823529411763, 0.30980392156862746, 0.8901960784313725, 0.9882352941176471, 0.17647058823529413, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.27450980392156865, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.9215686274509803, 0.30196078431372547, 0.11372549019607843, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.03529411764705882, 0.7607843137254902, 0.8901960784313725, 0.11372549019607843, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.027450980392156862, 0.2549019607843137, 0.5372549019607843, 0.788235294117647, 0.6823529411764706, 0.12549019607843137, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.7098039215686275, 0.9882352941176471, 0.7176470588235294, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.03529411764705882, 0.5019607843137255,
            1.0, 0.9764705882352941, 0.45098039215686275, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.4470588235294118, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.5176470588235295, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5254901960784314, 0.9411764705882353, 0.9882352941176471, 0.47843137254901963, 0.09803921568627451, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.03529411764705882, 0.6509803921568628, 0.9411764705882353, 0.9882352941176471, 0.6588235294117647, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.20784313725490197, 0.7098039215686275, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.4549019607843137, 0.00784313725490196, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.027450980392156862, 0.25882352941176473, 0.9529411764705882, 1.0, 0.9764705882352941, 0.24705882352941178, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
            0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.2, 0.7294117647058823, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8549019607843137, 0.29411764705882354, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.19215686274509805, 0.8941176470588236, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8666666666666667, 0.12549019607843137, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5333333333333333, 0.9137254901960784, 0.9882352941176471, 0.8901960784313725, 0.4666666666666667, 0.09803921568627451, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.12549019607843137, 0.8235294117647058, 0.9803921568627451, 0.9921568627450981, 0.9058823529411765, 0.18823529411764706, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.34901960784313724, 0.8705882352941177, 0.9921568627450981, 0.9921568627450981, 0.6196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.043137254901960784, 0.13333333333333333, 0.4627450980392157, 0.027450980392156862, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.6313725490196078, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.41568627450980394, 0.0, 0.03529411764705882, 0.1843137254901961, 0.34901960784313724, 0.796078431372549, 0.9921568627450981, 0.9568627450980393, 0.2196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.6313725490196078, 0.9882352941176471,
            0.9882352941176471, 0.7450980392156863, 0.7254901960784313, 0.7725490196078432, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8666666666666667, 0.6784313725490196, 0.2196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.47058823529411764, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.3764705882352941, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0196078431372549, 0.21176470588235294, 0.5372549019607843, 0.5372549019607843, 0.7450980392156863, 0.5372549019607843, 0.21176470588235294, 0.08627450980392157, 0.00784313725490196, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
            0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

    pred = model.predict(np.array(data).reshape(1, 28, 28))
    print(pred.argmax())

執行以上指令碼得到的結果為2。

可以將結果更形象地顯示出來。

plt.imshow(np.array(data).reshape(28, 28), cmap='Greys')
plt.show()

ML.NET呼叫Tensorflow模型示例——MNIST

轉換模型檔案

Keras儲存的檔案格式是h5，並不能直接被ML.NET呼叫，所以需要先轉換成pb格式。

方法是使用開源指令碼——keras_to_tensorflow，直接呼叫如下命令即可完成轉換。

python keras_to_tensorflow.py 
    --input_model="path/to/keras/model.h5" 
    --output_model="path/to/save/model.pb"

ML.NET

在ML.NET中呼叫已訓練的模型可分為這樣幾步：

建立MLContext
載入模型檔案
建立IDataView物件，用作Fit方法的傳入引數
建立模型管道，這裡是TensorFlowEstimator物件
呼叫Fit方法，獲得TensorFlowTransformer物件
構建預測引擎，其輸入與輸出物件對應模型中的輸入層與輸出層
執行預測方法

所有程式碼如下所示：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var mlContext = new MLContext();
        var tensorFlowModel = mlContext.Model.LoadTensorFlowModel(@"D:\workspace\tensorflow\saved_model.pb");
        //var schema = tensorFlowModel.GetModelSchema();
        var data = GetTensorData();
        var idv = mlContext.Data.LoadFromEnumerable(data);

        var pipeline = tensorFlowModel.ScoreTensorFlowModel(
            new[] { "dense_1/Softmax" }, new[] { "flatten_input" }, addBatchDimensionInput: true);

        var model = pipeline.Fit(idv);

        var engine = mlContext.Model.CreatePredictionEngine<TensorData, OutputScores>(model);
        var result = engine.Predict(data[0]);
        var maxValue = result.Output.Max();
        var maxIndex = result.Output.ToList().IndexOf(maxValue);
        Console.WriteLine(maxIndex);
    }

    private static TensorData[] GetTensorData()
    {
        var data = new double[] {
            0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
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1.0, 0.9764705882352941, 0.45098039215686275, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.4470588235294118, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.5176470588235295, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5254901960784314, 0.9411764705882353, 0.9882352941176471, 0.47843137254901963, 0.09803921568627451, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.03529411764705882, 0.6509803921568628, 0.9411764705882353, 0.9882352941176471, 0.6588235294117647, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.20784313725490197, 0.7098039215686275, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.4549019607843137, 0.00784313725490196, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.027450980392156862, 0.25882352941176473, 0.9529411764705882, 1.0, 0.9764705882352941, 0.24705882352941178, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.2, 0.7294117647058823, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8549019607843137, 0.29411764705882354, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.19215686274509805, 0.8941176470588236, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8666666666666667, 0.12549019607843137, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5333333333333333, 0.9137254901960784, 0.9882352941176471, 0.8901960784313725, 0.4666666666666667, 0.09803921568627451, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.12549019607843137, 0.8235294117647058, 0.9803921568627451, 0.9921568627450981, 0.9058823529411765, 0.18823529411764706, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.34901960784313724, 0.8705882352941177, 0.9921568627450981, 0.9921568627450981, 0.6196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.043137254901960784, 0.13333333333333333, 0.4627450980392157, 0.027450980392156862, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.6313725490196078, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.41568627450980394, 0.0, 0.03529411764705882, 0.1843137254901961, 0.34901960784313724, 0.796078431372549, 0.9921568627450981, 0.9568627450980393, 0.2196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.6313725490196078, 0.9882352941176471,
0.9882352941176471, 0.7450980392156863, 0.7254901960784313, 0.7725490196078432, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.8666666666666667, 0.6784313725490196, 0.2196078431372549, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.47058823529411764, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9921568627450981, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.9882352941176471, 0.3764705882352941, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0196078431372549, 0.21176470588235294, 0.5372549019607843, 0.5372549019607843, 0.7450980392156863, 0.5372549019607843, 0.21176470588235294, 0.08627450980392157, 0.00784313725490196, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0};
        return new TensorData[] { new TensorData() { Input = data.Select(x=>(float)x).ToArray() }};
    }
}

public class TensorData
{
    [ColumnName("flatten_input")]
    [VectorType(28, 28)]
    public float[] Input { get; set; }
}

class OutputScores
{
    [ColumnName("dense_1/Softmax")]
    [VectorType(10)]
    public float[] Output { get; set; }
}

如果不清楚模型中的網路結構，可以用TensorFlowModel的GetModelSchema方法獲悉詳細的情況。

除錯程式碼，可以看到結果陣列中index為2時，概率最大，所以可以認為最終的預測結果為2。與python指令碼的執行結果是一致的。
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