13 构建计算图的基本步骤

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TensorFlow 学习要把张量、模型、训练和部署放在一条线上，而不是只看单段代码。阅读时可以按「导入TensorFlow -> 创建一个计算图 -> 步骤1：定义输入数据 -> 步骤2：定义计算操作」建立结构，再回到正文里的代码、案例或指标做验证。

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读完后，用一个真实小任务复查：输入是什么，处理环节在哪里，输出是否可验收；失败时先查「导入TensorFlow」，再查「创建一个计算图」。

在前一章中，我们介绍了TensorFlow中的变量和占位符的概念。这些是构建计算图的基础要素。在这一节中，我们将深入探讨构建计算图的基本步骤，以帮助你掌握如何在TensorFlow中有效地创建和组织计算图。

1. 导入TensorFlow

首先，你需要导入TensorFlow库。以下是如何导入TensorFlow的代码示例：

import tensorflow as tf

确保你使用的是TensorFlow 2.x版本，因为这一版本对计算图的支持作了一些优化，并且提供了更直观的API。

2. 创建一个计算图

在TensorFlow中，所有的操作和变量都被组织在一个计算图中。你可以通过定义节点和边的方式来构建这个图。下面是创建计算图的基本步骤：

步骤1：定义输入数据

首先，我们需要定义占位符，以便我们在图中能够输入数据。例如，我们可以创建一个占位符，用于输入两组数字：

# 创建占位符
x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='x')
y = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='y')

步骤2：定义计算操作

接下来，我们可以定义一些计算操作。在这个例子中，我们将实现简单的加法操作。我们需要在计算图中定义这一步：

# 定义加法操作
z = tf.add(x, y, name='addition')

使用tf.add函数，我们定义了两个输入的相加操作，并将其命名为addition。

步骤3：添加更多操作

你可以继续添加更多的操作，比如乘法或其他类型的计算。例如，我们可以将加法的结果乘以一个常数值：

# 定义乘法操作
k = tf.multiply(z, 2, name='multiplication')

在这里，我们使用tf.multiply将加法的结果z与常数2相乘，并命名这个操作为multiplication。

步骤4：定义计算图的输出

最后，我们想要查看或使用计算图的输出结果。可以使用TensorFlow的简单方法来获取计算结果：

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构建 TensorFlow 计算图时，先定义输入、变量、运算节点、损失函数、优化器和执行流程。

# 定义输出
output = tf.identity(k, name='output')

tf.identity用于返回输入的张量，这里我们将其用于获取乘法操作的输出。

3. 组织和查看计算图

你可以通过TensorFlow的tf.Graph对象来组织你的计算图。下面是如何在TensorFlow中构建并查看整个计算图的示例代码：

# 创建一个新的计算图
graph = tf.Graph()

with graph.as_default():
    # 定义计算图中的所有操作和变量
    x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='x')
    y = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='y')
    z = tf.add(x, y, name='addition')
    k = tf.multiply(z, 2, name='multiplication')
    output = tf.identity(k, name='output')

现在，我们已经完成了计算图的构建，接下来在第6章中，我们将学习如何运行这个计算图，并获取计算结果。

示例代码

以下是你可以运行的完整示例代码：

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读完《构建计算图的基本步骤》不要只停在“看懂了”。回头挑一个步骤动手做一遍，再记录哪里卡住，后面的学习会更稳。

import tensorflow as tf

# 创建一个新的计算图
graph = tf.Graph()

with graph.as_default():
    # 定义占位符
    x = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='x')
    y = tf.placeholder(tf.float32, shape=(None, 2), name='y')
    
    # 定义计算操作
    z = tf.add(x, y, name='addition')
    k = tf.multiply(z, 2, name='multiplication')
    
    # 定义输出
    output = tf.identity(k, name='output')

# 打印计算图的信息
print(graph.as_graph_def())

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复习《构建计算图的基本步骤》时，建议把关键概念、操作步骤和可见结果放在同一页里回看。

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练习《构建计算图的基本步骤》时，建议把输入条件、处理动作和可见结果写在一起，方便下次复查。

小结

在这一节中，我们学习了如何在TensorFlow中创建计算图的基本步骤，包括定义输入、添加操作、组织图形以及创建输出。通过上述示例，你应该能更好地理解如何构建自己的计算图。

下一章中，我们将探讨如何运行计算图，以及如何使用Session来计算和获取结果。这是深入理解TensorFlow计算流程的关键一步。