Используйте собственную модель TensorFlow Lite на Android.

Если ваше приложение использует пользовательские модели TensorFlow Lite , вы можете использовать Firebase ML для развертывания своих моделей. Развертывая модели с помощью Firebase, вы можете уменьшить первоначальный размер загрузки вашего приложения и обновить модели машинного обучения вашего приложения, не выпуская новую версию вашего приложения. А с помощью Remote Config и A/B Testing вы можете динамически предоставлять разные модели разным группам пользователей.

Модели TensorFlow Lite

Модели TensorFlow Lite — это модели машинного обучения, оптимизированные для работы на мобильных устройствах. Чтобы получить модель TensorFlow Lite:

Прежде чем начать

  1. Если вы еще этого не сделали, добавьте Firebase в свой проект Android .
  2. В файле Gradle вашего модуля (на уровне приложения) (обычно <project>/<app-module>/build.gradle.kts или <project>/<app-module>/build.gradle ) добавьте зависимость для Firebase ML библиотека загрузки моделей для Android. Мы рекомендуем использовать Firebase Android BoM для управления версиями библиотеки.

    Кроме того, в рамках настройки загрузчика моделей Firebase ML вам необходимо добавить в свое приложение TensorFlow Lite SDK. 

    dependencies {
    // Import the BoM for the Firebase platform
    implementation(platform("com.google.firebase:firebase-bom:33.7.0"))

    // Add the dependency for the Firebase ML model downloader library
    // When using the BoM, you don't specify versions in Firebase library dependencies
    implementation("com.google.firebase:firebase-ml-modeldownloader")
    
    // Also add the dependency for the TensorFlow Lite library and specify its version
    implementation("org.tensorflow:tensorflow-lite:2.3.0")    
}

    Используя Firebase Android BoM , ваше приложение всегда будет использовать совместимые версии библиотек Firebase Android.

    (Альтернатива) Добавить зависимости библиотеки Firebase без использования BoM

    Если вы решите не использовать Firebase BoM , вы должны указать каждую версию библиотеки Firebase в ее строке зависимости.

    Обратите внимание: если вы используете в своем приложении несколько библиотек Firebase, мы настоятельно рекомендуем использовать BoM для управления версиями библиотек, что гарантирует совместимость всех версий.

    dependencies {
    // Add the dependency for the Firebase ML model downloader library
    // When NOT using the BoM, you must specify versions in Firebase library dependencies
    implementation("com.google.firebase:firebase-ml-modeldownloader:25.0.1")
    
    // Also add the dependency for the TensorFlow Lite library and specify its version
    implementation("org.tensorflow:tensorflow-lite:2.3.0")    
}
     Ищете библиотечный модуль, специфичный для Kotlin? Начиная с октября 2023 года ( Firebase BoM 32.5.0) от основного модуля библиотеки могут зависеть как разработчики Kotlin, так и Java (подробнее см. FAQ по этой инициативе ).
  3. В манифесте вашего приложения укажите, что требуется разрешение ИНТЕРНЕТ: 
    <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />

1. Разверните свою модель

Развертывайте свои собственные модели TensorFlow с помощью консоли Firebase или Firebase Admin Python и Node.js SDK. См. раздел Развертывание пользовательских моделей и управление ими .

После добавления пользовательской модели в проект Firebase вы можете ссылаться на нее в своих приложениях, используя указанное вами имя. В любой момент вы можете развернуть новую модель TensorFlow Lite и загрузить новую модель на устройства пользователей, вызвав getModel() (см. ниже).

2. Загрузите модель на устройство и инициализируйте интерпретатор TensorFlow Lite.

Чтобы использовать модель TensorFlow Lite в своем приложении, сначала используйте Firebase ML SDK, чтобы загрузить последнюю версию модели на устройство. Затем создайте экземпляр интерпретатора TensorFlow Lite с моделью.

Чтобы начать загрузку модели, вызовите метод getModel() загрузчика модели, указав имя, которое вы присвоили модели при ее загрузке, хотите ли вы всегда загружать последнюю модель и условия, при которых вы хотите разрешить загрузку.

Вы можете выбрать один из трех вариантов загрузки:

Тип загрузки Описание
ЛОКАЛ_МОДЕЛЬ Получите локальную модель с устройства. Если доступной локальной модели нет, это ведет себя как LATEST_MODEL . Используйте этот тип загрузки, если вы не заинтересованы в проверке обновлений модели. Например, вы используете Remote Config для получения названий моделей и всегда загружаете модели под новыми именами (рекомендуется).
LOCAL_MODEL_UPDATE_IN_BACKGROUND Получите локальную модель с устройства и начните обновлять модель в фоновом режиме. Если доступной локальной модели нет, это ведет себя как LATEST_MODEL .
LATEST_MODEL Приобретите последнюю модель. Если локальная модель является последней версией, возвращается локальная модель. В противном случае загрузите последнюю модель. Такое поведение будет блокироваться до тех пор, пока не будет загружена последняя версия (не рекомендуется). Используйте это поведение только в тех случаях, когда вам явно нужна последняя версия.

Вам следует отключить функции, связанные с моделью, например сделать их серыми или скрыть часть пользовательского интерфейса, пока вы не подтвердите, что модель загружена.

Kotlin

val conditions = CustomModelDownloadConditions.Builder()
        .requireWifi()  // Also possible: .requireCharging() and .requireDeviceIdle()
        .build()
FirebaseModelDownloader.getInstance()
        .getModel("your_model", DownloadType.LOCAL_MODEL_UPDATE_IN_BACKGROUND,
            conditions)
        .addOnSuccessListener { model: CustomModel? ->
            // Download complete. Depending on your app, you could enable the ML
            // feature, or switch from the local model to the remote model, etc.

            // The CustomModel object contains the local path of the model file,
            // which you can use to instantiate a TensorFlow Lite interpreter.
            val modelFile = model?.file
            if (modelFile != null) {
                interpreter = Interpreter(modelFile)
            }
        }

Java

CustomModelDownloadConditions conditions = new CustomModelDownloadConditions.Builder()
    .requireWifi()  // Also possible: .requireCharging() and .requireDeviceIdle()
    .build();
FirebaseModelDownloader.getInstance()
    .getModel("your_model", DownloadType.LOCAL_MODEL_UPDATE_IN_BACKGROUND, conditions)
    .addOnSuccessListener(new OnSuccessListener<CustomModel>() {
      @Override
      public void onSuccess(CustomModel model) {
        // Download complete. Depending on your app, you could enable the ML
        // feature, or switch from the local model to the remote model, etc.

        // The CustomModel object contains the local path of the model file,
        // which you can use to instantiate a TensorFlow Lite interpreter.
        File modelFile = model.getFile();
        if (modelFile != null) {
            interpreter = new Interpreter(modelFile);
        }
      }
    });

Многие приложения запускают задачу загрузки в своем коде инициализации, но вы можете сделать это в любой момент, прежде чем вам понадобится использовать модель.

3. Выполните вывод по входным данным.

Получите входные и выходные формы вашей модели

Интерпретатор модели TensorFlow Lite принимает на входе и выдает на выходе один или несколько многомерных массивов. Эти массивы содержат значения byte , int , long или float . Прежде чем вы сможете передавать данные в модель или использовать ее результат, вы должны знать количество и размеры («форму») массивов, которые использует ваша модель.

Если вы построили модель самостоятельно или формат ввода и вывода модели задокументирован, возможно, эта информация у вас уже есть. Если вы не знаете форму и тип входных и выходных данных вашей модели, вы можете использовать интерпретатор TensorFlow Lite для проверки вашей модели. Например:

Питон 

import tensorflow as tf

interpreter = tf.lite.Interpreter(model_path="your_model.tflite")
interpreter.allocate_tensors()

# Print input shape and type
inputs = interpreter.get_input_details()
print('{} input(s):'.format(len(inputs)))
for i in range(0, len(inputs)):
    print('{} {}'.format(inputs[i]['shape'], inputs[i]['dtype']))

# Print output shape and type
outputs = interpreter.get_output_details()
print('\n{} output(s):'.format(len(outputs)))
for i in range(0, len(outputs)):
    print('{} {}'.format(outputs[i]['shape'], outputs[i]['dtype']))

Пример вывода:

1 input(s):
[  1 224 224   3] <class 'numpy.float32'>

1 output(s):
[1 1000] <class 'numpy.float32'>

Запустите интерпретатор

После того, как вы определили формат входных и выходных данных вашей модели, получите входные данные и выполните любые преобразования данных, необходимые для получения входных данных правильной формы для вашей модели.

Например, если у вас есть модель классификации изображений с входной формой значений с плавающей запятой [1 224 224 3] , вы можете сгенерировать входной ByteBuffer из объекта Bitmap , как показано в следующем примере:

Kotlin

val bitmap = Bitmap.createScaledBitmap(yourInputImage, 224, 224, true)
val input = ByteBuffer.allocateDirect(224*224*3*4).order(ByteOrder.nativeOrder())
for (y in 0 until 224) {
    for (x in 0 until 224) {
        val px = bitmap.getPixel(x, y)

        // Get channel values from the pixel value.
        val r = Color.red(px)
        val g = Color.green(px)
        val b = Color.blue(px)

        // Normalize channel values to [-1.0, 1.0]. This requirement depends on the model.
        // For example, some models might require values to be normalized to the range
        // [0.0, 1.0] instead.
        val rf = (r - 127) / 255f
        val gf = (g - 127) / 255f
        val bf = (b - 127) / 255f

        input.putFloat(rf)
        input.putFloat(gf)
        input.putFloat(bf)
    }
}

Java

Bitmap bitmap = Bitmap.createScaledBitmap(yourInputImage, 224, 224, true);
ByteBuffer input = ByteBuffer.allocateDirect(224 * 224 * 3 * 4).order(ByteOrder.nativeOrder());
for (int y = 0; y < 224; y++) {
    for (int x = 0; x < 224; x++) {
        int px = bitmap.getPixel(x, y);

        // Get channel values from the pixel value.
        int r = Color.red(px);
        int g = Color.green(px);
        int b = Color.blue(px);

        // Normalize channel values to [-1.0, 1.0]. This requirement depends
        // on the model. For example, some models might require values to be
        // normalized to the range [0.0, 1.0] instead.
        float rf = (r - 127) / 255.0f;
        float gf = (g - 127) / 255.0f;
        float bf = (b - 127) / 255.0f;

        input.putFloat(rf);
        input.putFloat(gf);
        input.putFloat(bf);
    }
}

Затем выделите ByteBuffer достаточно большой, чтобы вместить выходные данные модели, и передайте входной и выходной буфер методу run() интерпретатора TensorFlow Lite. Например, для выходной формы [1 1000] значений с плавающей запятой:

Kotlin

val bufferSize = 1000 * java.lang.Float.SIZE / java.lang.Byte.SIZE
val modelOutput = ByteBuffer.allocateDirect(bufferSize).order(ByteOrder.nativeOrder())
interpreter?.run(input, modelOutput)

Java

int bufferSize = 1000 * java.lang.Float.SIZE / java.lang.Byte.SIZE;
ByteBuffer modelOutput = ByteBuffer.allocateDirect(bufferSize).order(ByteOrder.nativeOrder());
interpreter.run(input, modelOutput);

Как вы используете выходные данные, зависит от используемой модели.

Например, если вы выполняете классификацию, в качестве следующего шага вы можете сопоставить индексы результата с метками, которые они представляют:

Kotlin

modelOutput.rewind()
val probabilities = modelOutput.asFloatBuffer()
try {
    val reader = BufferedReader(
            InputStreamReader(assets.open("custom_labels.txt")))
    for (i in probabilities.capacity()) {
        val label: String = reader.readLine()
        val probability = probabilities.get(i)
        println("$label: $probability")
    }
} catch (e: IOException) {
    // File not found?
}

Java

modelOutput.rewind();
FloatBuffer probabilities = modelOutput.asFloatBuffer();
try {
    BufferedReader reader = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(getAssets().open("custom_labels.txt")));
    for (int i = 0; i < probabilities.capacity(); i++) {
        String label = reader.readLine();
        float probability = probabilities.get(i);
        Log.i(TAG, String.format("%s: %1.4f", label, probability));
    }
} catch (IOException e) {
    // File not found?
}

Приложение: Безопасность модели

Независимо от того, как вы делаете свои модели TensorFlow Lite доступными для Firebase ML , Firebase ML сохраняет их в стандартном сериализованном формате protobuf в локальном хранилище.

Теоретически это означает, что кто угодно может скопировать вашу модель. Однако на практике большинство моделей настолько специфичны для приложения и запутаны оптимизациями, что риск аналогичен риску дизассемблирования и повторного использования вашего кода конкурентами. Тем не менее, вы должны знать об этом риске, прежде чем использовать пользовательскую модель в своем приложении.

На уровне Android API 21 (Lollipop) и более поздних версиях модель загружается в каталог, исключенный из автоматического резервного копирования .

На уровне API Android 20 и более ранних версия модель загружается в каталог с именем com.google.firebase.ml.custom.models во внутреннем хранилище приложения. Если вы включили резервное копирование файлов с помощью BackupAgent , вы можете исключить этот каталог.