一、机器学习

机器学习就是通过对数据进行分析，来改进优化算法。
机器学习有三个要数：数据、学习算法、模型。

数据：机器学习的样本。如在对某支股票的股价预测中，该股过去一段时间的涨跌价格就是数据。

算法：有线性回归、逻辑回归、以及深度学习中的卷积神经网络、循环神经网络等算法。我们如果只是在App中使用模型，不自己训练模型，可以不需要了解这些算法。

模型：即机器从样本数据中找出的规律，根据这个规律，用于对新数据的判断。

机器学习过程如下： 样本数据 --> 算法 --> 模型 预测数据 --> 模型 --> 预测结果

二、Core ML

Core ML是苹果公司于2017年推出的一种离线机器学习框架，其中ML是Machine Learning的缩写，即机器学习。App 可以使用 Core ML API 对用户数据进行预测。苹果为了保护用户数据的私密性和 App 的响应速度，机器学习模型被严格限定在用户设备上，无需任何网络连接。

Core ML 可以自动为模型生成可供调用的 API，其作用相当于机器学习模型与App之间的中间媒介，关系如下图所示：

Core ML.png

当然，使用 Core ML Tools 将其他格式的模型转换成 Core ML 格式，供App使用。

三、使用Core ML

1、获取模型

最简单的获取方式是在苹果官网下载，具体是在Model模块中。目前该模块下有以下模型：

FCRN-DepthPrediction：深度估计（根据一幅图像来预测深度）

MNIST：涂鸦分类 （对单个手写数字进行分类 (支持数字 0-9)）

UpdatableDrawingClassifier：涂鸦分类（ K-近邻算法（KNN））

MobileNetV2：图像分类

Resnet50：图像分类（残差神经网络）

SqueezeNet：图像分类 （小型深度神经网络）

DeeplabV3：图像分割

YOLOv3：对象检测 （对相机取景框内或图像中 80 种不同类型的对象进行定位和分类）

YOLOv3-Tiny： 对象检测 (实时)（对相机取景框内或图像中 80 种不同类型的对象进行定位和分类）

PoseNet：姿态估计

BERT-SQuAD：问答 （查找文本段落相关问题的答案）

当以上模型不能够满足需求的时候，就需要自己训练模型了，苹果提了转换器 Core ML Tools ，该转换器是基于Python实现的，可用它把训练出来的模型转为适配Core ML的模型。

2、导入模型（以Resnet50为例）

模型后缀名是mlpackage，直接将Resnet50.mlpackage拖入工程即可。打开模型，可以看到改模型的大小、支持版本、预测准确率、分类标签、作者、版本等信息。如下图：

打开模型.png

预测金毛.png

而Predictions项则说明如何使用这个模型，如下图中输入Input是图片，大小224*224，输出Output是预测后各标签的概率，其中classLabel是概率最高的标签。

输入输出.jpg

3、项目中使用（以Resnet50为例）

import "Resnet50.h" 引入 Resnet50，按模型要求调用api即可。

核心代码如下：

Resnet50 *resnet50Model = [[Resnet50 alloc] init];
NSError *error = nil;
Resnet50Output *output = [resnet50Model predictionFromImage:imageRef error:&error];
self.resultLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"预测结果：%@",output.classLabel];

预测结果如下：

预测结果.png

4、最后贴上完整代码

//
//  ViewController.m
//  CoreMLDemo
//
//  Created by 胡sir on 2023/2/18.
//

#import "ViewController.h"
#import <MobileCoreServices/MobileCoreServices.h>
#import "Resnet50.h"

@interface ViewController ()<UINavigationControllerDelegate,UIImagePickerControllerDelegate>
@property (nonatomic, strong) UIImageView *imageView;//预测的图片
@property (nonatomic, strong) UILabel *resultLabel;//预测结果
@property (nonatomic, strong) UIButton *startBtn;//按钮
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
    [self.view addSubview:self.resultLabel];
    [self.view addSubview:self.imageView];
    [self.view addSubview:self.startBtn];
}

#pragma mark -懒加载-
- (UILabel *)resultLabel {
    if (!_resultLabel) {
        _resultLabel = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 40)];
        _resultLabel.textAlignment = NSTextAlignmentCenter;
        _resultLabel.textColor = [UIColor blackColor];
        _resultLabel.font = [UIFont systemFontOfSize:18];
    }
    return _resultLabel;
}

- (UIImageView *)imageView {
    if (!_imageView) {
        _imageView = [[UIImageView alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, CGRectGetMaxY(self.resultLabel.frame), [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, [UIScreen mainScreen].bounds.size.height-240)];
    }
    return _imageView;
}

- (UIButton *)startBtn {
    if (!_startBtn) {
        _startBtn = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
        _startBtn.frame = CGRectMake(0, CGRectGetMaxY(self.imageView.frame), [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, 100);
        [_startBtn setTitle:@"选择照片" forState:UIControlStateNormal];
        [_startBtn setTitleColor:[UIColor blackColor] forState:UIControlStateNormal];
        [_startBtn addTarget:self action:@selector(startBtnClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
    return _startBtn;
}

- (void)startBtnClick {
    UIImagePickerController *imagePickerController = [[UIImagePickerController alloc] init];
    imagePickerController.sourceType = UIImagePickerControllerSourceTypePhotoLibrary;
    imagePickerController.delegate = self;
    imagePickerController.allowsEditing = YES;
//    imagePickerController.sourceType = UIImagePickerControllerSourceTypeCamera;
//    imagePickerController.cameraCaptureMode = UIImagePickerControllerCameraCaptureModePhoto;
    [self presentViewController:imagePickerController animated:YES completion:nil];
}

#pragma mark -UIImagePickerControllerDelegate-
- (void)imagePickerController:(UIImagePickerController *)picker
didFinishPickingMediaWithInfo:(NSDictionary<NSString *,id> *)info {

    CGSize thesize = CGSizeMake(224, 224);
    UIImage *theimage = [self image:info[UIImagePickerControllerEditedImage] scaleToSize:thesize];
    self.imageView.image = theimage;
    
    CVPixelBufferRef imageRef = [self pixelBufferFromCGImage:theimage.CGImage];
    Resnet50 *resnet50Model = [[Resnet50 alloc] init];
    NSError *error = nil;
    Resnet50Output *output = [resnet50Model predictionFromImage:imageRef
                                                          error:&error];
    if (error == nil) {
        self.resultLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"预测结果：%@",output.classLabel];
    } else {
        NSLog(@"Error is %@", error.localizedDescription);
    }

    UIImagePickerController *imagePickerVC = picker;
    [imagePickerVC dismissViewControllerAnimated:YES completion:^{
        
    }];
}

#pragma mark -图片处理-
//image转PixelBuffer
- (CVPixelBufferRef)pixelBufferFromCGImage:(CGImageRef)image {
    NSDictionary *options = @{
                              (NSString*)kCVPixelBufferCGImageCompatibilityKey : @YES,
                              (NSString*)kCVPixelBufferCGBitmapContextCompatibilityKey : @YES,
                              };

    CVPixelBufferRef pxbuffer = NULL;
    CVReturn status = CVPixelBufferCreate(kCFAllocatorDefault, CGImageGetWidth(image),
                                          CGImageGetHeight(image), kCVPixelFormatType_32ARGB, (__bridge CFDictionaryRef) options,
                                          &pxbuffer);
    if (status!=kCVReturnSuccess) {
        NSLog(@"Operation failed");
    }
    NSParameterAssert(status == kCVReturnSuccess && pxbuffer != NULL);

    CVPixelBufferLockBaseAddress(pxbuffer, 0);
    void *pxdata = CVPixelBufferGetBaseAddress(pxbuffer);

    CGColorSpaceRef rgbColorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(pxdata, CGImageGetWidth(image),
                                                 CGImageGetHeight(image), 8, 4*CGImageGetWidth(image), rgbColorSpace,
                                                 kCGImageAlphaNoneSkipFirst);
    NSParameterAssert(context);

    CGContextConcatCTM(context, CGAffineTransformMakeRotation(0));
    CGAffineTransform flipVertical = CGAffineTransformMake( 1, 0, 0, -1, 0, CGImageGetHeight(image) );
    CGContextConcatCTM(context, flipVertical);
    CGAffineTransform flipHorizontal = CGAffineTransformMake( -1.0, 0.0, 0.0, 1.0, CGImageGetWidth(image), 0.0 );
    CGContextConcatCTM(context, flipHorizontal);

    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, CGImageGetWidth(image),
                                           CGImageGetHeight(image)), image);
    CGColorSpaceRelease(rgbColorSpace);
    CGContextRelease(context);

    CVPixelBufferUnlockBaseAddress(pxbuffer, 0);
    return pxbuffer;
}

//将一个UIImage缩放变换到指定Size
-(UIImage*)image:(UIImage *)image scaleToSize:(CGSize)size {
    UIGraphicsBeginImageContext(size);
    [image drawInRect:CGRectMake(0, 0, size.width, size.height)];
    UIImage* scaledImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();
    return scaledImage;
}
@end