基于XEdu开发无代码训练AI模型插件

谢作如 林淼焱

摘要：为了能让没有代码基础的学生也能顺利训练AI模型，作者分析了XEdu训练AI模型的核心代码，介绍了实现无代码训练AI模型的原理，并以QT、Gradio、VB等多种工具为例，展示无代码训练AI模型的XEdu插件编写过程，为一线教师和企业工程师提供了开发人工智能教学工具的新思路。

关键词：XEdu；无代码训练；深度学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）15-0065-03

人工智能教育的核心工作之一是让学生能够通过数据、算法和算力来训练相关模型。XEdu作为一款深度学习开发工具，能让学生通过简洁的代码完成各种SOTA模型的训练，即可快速搭建出AI应用系统，降低了学习人工智能的门槛。但是，没有代码基础的学生如何训练AI模型？当微软、百度、华为等IT企业相继推出无代码训练模型的平台时，笔者也在思考，能否为XEdu开发一个无代码的AI模型训练插件，以进一步降低学习门槛。

分析：XEdu训练AI模型的基本流程和代码

XEdu的核心模块是MMEdu，是基于国产计算机视觉算法包OpenMMLab做的封装。在设计MMEdu的时候，笔者对AI模型的基本流程做了梳理，归纳出四大步骤：①构建一个SOTA模型；②指定数据集路径、分类数量；③指定权重文件保存路径；④设定训练参数、开始训练。

实际上，训练模型代码（以Keras为例）之所以复杂，是因为大量的代码用于处理数据集和逐层构建神经网络模型。当MMEdu将数据集的格式做了规范，并且用SOTA模型的名称来简化模型搭建过程后，代码就变得非常简洁。XEdu团队最终设计的MMEdu训练AI模型的典型代码为6行，如图1所示的代码用于图像分类的模型训练，使用的是猫狗二分类数据集。

从图1所示的代码中可以看出，这是一个流程化（顺序结构）的指令序列。代码除了“LeNet”是专用名词外，其他无非是路径和类别数量，较容易理解。机器学习的参数很多，但MMEdu预设了默认值，唯一需要设置参数的是“epochs”（训练轮次）。如果选择其他的SOTA模型和数据集，代码需要修改的地方非常有限。

原理：无代码训练AI模型功能的实现

既然训练模型的代码如此简单，那么只要借助一款带界面设计功能的编程语言，或者网页表单，就能设计出一款“Step-by-step”（一步一步）训练AI模型的插件（全程不需要写一行代码），生成的代码可直接写入一个名为*.py的文件，调用Shell命令（Windows下调用CMD命令）即可开始AI模型的训练，具体流程如图2所示。

如图3所示是生成训练代码的核心函数，实际上仅仅使用了Python的字符串替换功能。

盘点：支持插件编写的编程工具介绍

由此可见，只要能设计程序界面的软件，都能用来开发无代码训练AI模型插件。常见的工具或者开发路径如下。

1.Python+GUI库

因为XEdu使用的是Python，所以选择Python的GUI（图形用户界面）库是最合理的，如QT、EasyGUI、unihiker库等。XEdu的一键安装包中内置了EasyTrain，是借助QT库开发的训练模型插件，界面如图4所示。

EasyTrain同时支持图像分类和目标检测两种方式，点击“更多参数”，将跳出新窗口提供OpenMMLab支持的所有模型训练参数，如优化器、隨机种子等。

2.Python+可快速搭建Web应用的库

用网页表单来选择、提交各种变量，是最自然的交互。借助Gradio、Remi和PyWebIO等可快速搭建Web应用的库，开发Web应用也很简单。其中，Gradio是一个开源的Python库，常用于搭建演示机器学习模型功能方面的程序，其代码非常简洁，关注的是输入和输出。Gradio支持通过浏览器上传各种文件，支持拍摄图像、录制声音和录制视频等功能，还支持实现多人共建数据集、内网穿透等原本不容易实现的功能。

此外，Remi和PyWebIO也是很不错的选择。相对来说，Remi更像一个Web版的GUI库，使用语法和Tkinter库（Python最经典的图形界面库）类似。

3.Python+Web开发框架

如果有Web应用的开发经验，可以选择Flask、Django和Tornado等的Web开发框架。而开发工作主要在前端，即网页模板，后端只需要生成并写入代码，再用os.system调用命令即可。浙江教育出版社出版的高中信息技术必修2中，有使用Flask搭建Web应用的学习内容。只要具备最基础的能力，就能写出这类插件。

此外，还可以在这个插件中集成图像标注、模型转换等功能。如果加上作业管理功能，就实现了一个支持多用户的算力管理平台，可将一台带GPU（哪怕是游戏显卡）的计算机转换为以Web为用户接口的算力服务器，访问方式如图5所示。

4.任何支持GUI的编程语言

中小学机房目前绝大多数使用的是Windows系统，为了获得更好的兼容体验，也可以使用VB、C#等工具来开发插件。以VB为例，设计输入框、选择框等交互控件非常容易，如图6所示。

生成*.py代码后再调用CMD命令来执行。如果生成的*.py文件和插件都运行在“XEdu一键安装包”的主目录下，那么参考代码如图7所示。

结语：人工智能教育需要更多工具

人工智能教育并不等同于编程教育，虽然二者关系非常密切。用无代码的方式训练AI模型，实际上并非仅仅为了降低难度，而是强调了训练模型属于流程化的工作，本来就不需要太多编程知识作为基础。当模型训练技术成熟后，用户在图形界面下操作自然更加方便。智能时代已经到来，期待有更多学科的教师突破学科壁垒，参与到人工智能教育中来。

参考文献：

[1]吴俊杰，戴娟，谢作如.中小学AI教育需要怎样的学习工具[J].中国信息技术教育，2022（12）：4-10.

[2]谢作如.用Python写一个基于Web的物联网应用程序[J].中国信息技术教育，2021（09）：78-81.

[3]谢作如，方建文.让学生真正理解数据、算法和算力——谈新一代人工智能教育教什么和怎么教[J].中小学信息技术教育，2023（06）：8-10.