基于XEdu開發無代碼訓練AI模型插件

謝作如 林淼焱

摘要：為了能讓沒有代碼基礎的學生也能順利訓練AI模型，作者分析了XEdu訓練AI模型的核心代碼，介紹了實現無代碼訓練AI模型的原理，并以QT、Gradio、VB等多種工具為例，展示無代碼訓練AI模型的XEdu插件編寫過程，為一線教師和企業工程師提供了開發人工智能教學工具的新思路。

關鍵詞：XEdu；無代碼訓練；深度學習

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）15-0065-03

人工智能教育的核心工作之一是讓學生能夠通過數據、算法和算力來訓練相關模型。XEdu作為一款深度學習開發工具，能讓學生通過簡潔的代碼完成各種SOTA模型的訓練，即可快速搭建出AI應用系統，降低了學習人工智能的門檻。但是，沒有代碼基礎的學生如何訓練AI模型？當微軟、百度、華為等IT企業相繼推出無代碼訓練模型的平臺時，筆者也在思考，能否為XEdu開發一個無代碼的AI模型訓練插件，以進一步降低學習門檻。

分析：XEdu訓練AI模型的基本流程和代碼

XEdu的核心模塊是MMEdu，是基于國產計算機視覺算法包OpenMMLab做的封裝。在設計MMEdu的時候，筆者對AI模型的基本流程做了梳理，歸納出四大步驟：①構建一個SOTA模型；②指定數據集路徑、分類數量；③指定權重文件保存路徑；④設定訓練參數、開始訓練。

實際上，訓練模型代碼（以Keras為例）之所以復雜，是因為大量的代碼用于處理數據集和逐層構建神經網絡模型。當MMEdu將數據集的格式做了規范，并且用SOTA模型的名稱來簡化模型搭建過程后，代碼就變得非常簡潔。XEdu團隊最終設計的MMEdu訓練AI模型的典型代碼為6行，如圖1所示的代碼用于圖像分類的模型訓練，使用的是貓狗二分類數據集。

從圖1所示的代碼中可以看出，這是一個流程化（順序結構）的指令序列。代碼除了“LeNet”是專用名詞外，其他無非是路徑和類別數量，較容易理解。機器學習的參數很多，但MMEdu預設了默認值，唯一需要設置參數的是“epochs”（訓練輪次）。如果選擇其他的SOTA模型和數據集，代碼需要修改的地方非常有限。

原理：無代碼訓練AI模型功能的實現

既然訓練模型的代碼如此簡單，那么只要借助一款帶界面設計功能的編程語言，或者網頁表單，就能設計出一款“Step-by-step”（一步一步）訓練AI模型的插件（全程不需要寫一行代碼），生成的代碼可直接寫入一個名為*.py的文件，調用Shell命令（Windows下調用CMD命令）即可開始AI模型的訓練，具體流程如圖2所示。

如圖3所示是生成訓練代碼的核心函數，實際上僅僅使用了Python的字符串替換功能。

盤點：支持插件編寫的編程工具介紹

由此可見，只要能設計程序界面的軟件，都能用來開發無代碼訓練AI模型插件。常見的工具或者開發路徑如下。

1.Python+GUI庫

因為XEdu使用的是Python，所以選擇Python的GUI（圖形用戶界面）庫是最合理的，如QT、EasyGUI、unihiker庫等。XEdu的一鍵安裝包中內置了EasyTrain，是借助QT庫開發的訓練模型插件，界面如圖4所示。

EasyTrain同時支持圖像分類和目標檢測兩種方式，點擊“更多參數”，將跳出新窗口提供OpenMMLab支持的所有模型訓練參數，如優化器、隨機種子等。

2.Python+可快速搭建Web應用的庫

用網頁表單來選擇、提交各種變量，是最自然的交互。借助Gradio、Remi和PyWebIO等可快速搭建Web應用的庫，開發Web應用也很簡單。其中，Gradio是一個開源的Python庫，常用于搭建演示機器學習模型功能方面的程序，其代碼非常簡潔，關注的是輸入和輸出。Gradio支持通過瀏覽器上傳各種文件，支持拍攝圖像、錄制聲音和錄制視頻等功能，還支持實現多人共建數據集、內網穿透等原本不容易實現的功能。

此外，Remi和PyWebIO也是很不錯的選擇。相對來說，Remi更像一個Web版的GUI庫，使用語法和Tkinter庫（Python最經典的圖形界面庫）類似。

3.Python+Web開發框架

如果有Web應用的開發經驗，可以選擇Flask、Django和Tornado等的Web開發框架。而開發工作主要在前端，即網頁模板，后端只需要生成并寫入代碼，再用os.system調用命令即可。浙江教育出版社出版的高中信息技術必修2中，有使用Flask搭建Web應用的學習內容。只要具備最基礎的能力，就能寫出這類插件。

此外，還可以在這個插件中集成圖像標注、模型轉換等功能。如果加上作業管理功能，就實現了一個支持多用戶的算力管理平臺，可將一臺帶GPU（哪怕是游戲顯卡）的計算機轉換為以Web為用戶接口的算力服務器，訪問方式如圖5所示。

4.任何支持GUI的編程語言

中小學機房目前絕大多數使用的是Windows系統，為了獲得更好的兼容體驗，也可以使用VB、C#等工具來開發插件。以VB為例，設計輸入框、選擇框等交互控件非常容易，如圖6所示。

生成*.py代碼后再調用CMD命令來執行。如果生成的*.py文件和插件都運行在“XEdu一鍵安裝包”的主目錄下，那么參考代碼如圖7所示。

結語：人工智能教育需要更多工具

人工智能教育并不等同于編程教育，雖然二者關系非常密切。用無代碼的方式訓練AI模型，實際上并非僅僅為了降低難度，而是強調了訓練模型屬于流程化的工作，本來就不需要太多編程知識作為基礎。當模型訓練技術成熟后，用戶在圖形界面下操作自然更加方便。智能時代已經到來，期待有更多學科的教師突破學科壁壘，參與到人工智能教育中來。

參考文獻：

[1]吳俊杰，戴娟，謝作如.中小學AI教育需要怎樣的學習工具[J].中國信息技術教育，2022（12）：4-10.

[2]謝作如.用Python寫一個基于Web的物聯網應用程序[J].中國信息技術教育，2021（09）：78-81.

[3]謝作如，方建文.讓學生真正理解數據、算法和算力——談新一代人工智能教育教什么和怎么教[J].中小學信息技術教育，2023（06）：8-10.