one 第一章

1.1 Python是什么

Python是一個簡單、易讀、易記的編程語言，而且是開源的，可以免費地自由使用。Python可以用類似英語的語法編寫程序，編譯起來也不費力，因此我們可以很輕松地使用Python。特別是對首次接觸編程的人士來說，Python是最合適不過的語言。事實上，很多高校和大專院校的計算機課程均采用Python作為入門語言。Python是最適合數據科學領域的編程語言。而且，Python具有受眾廣的優秀品質，從初學者到專業人士都在使用。因此，為了完成本書的從零開始實現深度學習的目標，Python可以說是最合適的工具。

1.2? Python的安裝

Python有2.x和3.x的區別，現在使用的一般均為Python3.x。兩個常用的庫：NumPy是用于數值計算的庫，提供了很多高級的數學算法和便利的數組(矩陣)操作方法。本書中將使用這些便利的方法來有效地促進深度學習的實現。Matplotlib是用來畫圖的庫。使用Matplotlib能將實驗結果可視化，并在視覺上確認深度學習運行期間的數據。

1.3Python解釋器

可以配置PyCharm進行編寫。我對PyCharm的認識大概相當于Rstudio之對于R軟件的作用。方便程序的編寫、運行調試。在PyCharm界面左下角處點擊"Python consolo"就會出來Python的交互頁面。也相當于Python解釋器的對話模型。

1.3.1 基本運算

*表示乘法，/表示除法，**表示乘方(3**2是3的2次方)。另外，在Python 2.x中，整數除以整數的結果是整數，比如，7 ÷ 5的結果是1。但在Python 3.x中，整數除以整數的結果是小數(浮點數)。

1.3.2　數據類型

編程中有數據類型(data type)這一概念。數據類型表示數據的性質，有整數、小數、字符串等類型。Python中的type()函數可以用來查看數據類型。

1.3.3　變量

可以使用x或y等字母定義變量(variable)。此外，可以使用變量進行計算，也可以對變量賦值。Python是屬于“動態類型語言”的編程語言，所謂動態，是指變量的類型是根據情況自動決定的。“#”是注釋的意思，它后面的文字會被Python忽略。

1.3.4　列表

除了單一的數值，還可以用列表(數組)匯總數據。

元素的訪問是通過a[0]這樣的方式進行的。[]中的數字稱為索引(下標)，索引從0開始(索引0對應第一個元素)。此外，Python的列表提供了切片(slicing)這一便捷的標記法。使用切片不僅可以訪問某個值，還可以訪問列表的子列表(部分列表)。

1.3.5　字典

列表根據索引，按照0, 1, 2, ...的順序存儲值，而字典則以鍵值對的形式存儲數據。字典就像《新華字典》那樣，將單詞和它的含義對應著存儲起來。

1.3.6　布爾型

Python中有bool型。bool型取True或False中的一個值。針對bool型的運算符包括and、or和not (針對數值的運算符有+、-、*、/等，根據不同的數據類型使用不同的運算符)。

1.3.7　if語句

根據不同的條件選擇不同的處理分支時可以使用if/else語句。

>>> hungry = True>>> if hungry:...     print("I’m so hungry.")...     I’m so hungry.>>> hungry = False>>> if hungry:...     print("I’m so hungry.")... else:...     print("I’m not hungry at all.")...     print("I'm tired.")...     I’m not hungry at all.I'm tired.

Python中的空白字符具有重要的意義。上面的if語句中，if hungry:下面的語句開頭有4個空白字符。它是縮進的意思，表示當前面的條件(if hungry)成立時，此處的代碼會被執行。這個縮進也可以用tab表示，Python中推薦使用空白字符。

1.3.8　for 語句

進行循環處理時可以使用for語句，可以按順序訪問列表等數據集合中的各個元素。

>>> for i in ["I","am","not","a","good","guy"]:...     print(i)...     Iamnotagoodguy

1.3.9　函數

可以將一連串的處理定義成函數 (function)。

>>> def hello():...     print("Hello World!")...     hello()Hello World!

此外，函數可以取參數。

>>> def hello(object):...     print("Hello " + object + "!")...>>> hello("cat")Hello cat!

1.4? NumPy

>>> import numpy as np

Python中使用import語句來導入庫。這里的import numpy as np，直譯的話就是“將numpy作為np導入”的意思。通過寫成這樣的形式，之后NumPy相關的方法均可通過np來調用。要生成NumPy數組，需要使用np.array()方法。np.array()接收Python列表作為參數，生成NumPy數 組(numpy.ndarray)。

>>> x = np.array([1.0, 2.0, 3.0])>>> print(x)[ 1. 2. 3.]>>> type(x)<class 'numpy.ndarray'>

下面是NumPy數組的算術運算的例子。

>>> x = np.array([1.0, 2.0, 3.0])>>> y = np.array([2.0, 4.0, 6.0])>>> x + y  # 對應元素的加法array([ 3.,  6., 9.])>>> x - yarray([ -1.,  -2., -3.])>>> x * y  # element-wise productarray([  2.,   8.,  18.])>>> x / yarray([ 0.5,  0.5,  0.5])

這里需要注意的是，數組x和數組y的元素個數是相同的(兩者均是元素個數為3的一維數組)。當x和y的元素個數相同時，可以對各個元素進行算術運算。如果元素個數不同，程序就會報錯，所以元素個數保持一致非常重要。另外，“對應元素的”的英文是element-wise，比如“對應元素的乘法”就是element-wise product。NumPy數組不僅可以進行element-wise運算，也可以和單一的數值(標量)組合起來進行運算。此時，需要在NumPy數組的各個元素和標量之間進行運算。

>>> x = np.array([1.0, 2.0, 3.0])>>> x / 2.0array([ 0.5,  1. ,  1.5]

NumPy不僅可以生成一維數組(排成一列的數組)，也可以生成多維數組。

>>> A = np.array([[1, 2], [3, 4]])>>> print(A)[[1 2] [3 4]]>>> A.shape(2, 2)>>> A.dtypedtype('int64')

矩陣A的形狀可以通過shape查看，矩陣元素的數據類型可以通過dtype查看。NumPy中，形狀不同的數組之間也可以進行運算。之前的例子中，在2×2的矩陣A和標量10之間進行了乘法運算。在這個過程中，如圖1-1所示，標量10被擴展成了2 × 2的形狀，然后再與矩陣A進行乘法運算。這個巧妙的功能稱為廣播 (broadcast)。

我們通過下面這個運算再來看一個廣播的例子。

>>> A = np.array([[1, 2], [3, 4]])>>> B = np.array([10, 20])>>> A * Barray([[ 10, 40],       [ 30, 80]])

1.5? Matplotlib

在深度學習的實驗中，圖形的繪制和數據的可視化非常重要。Matplotlib是用于繪制圖形的庫，使用Matplotlib可以輕松地繪制圖形和實現數據的可視化。這里，我們來介紹一下圖形的繪制方法和圖像的顯示方法。可以使用matplotlib的pyplot模塊繪制圖形。話不多說，我們來看一個繪制sin函數曲線的例子。

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 生成數據x = np.arange(0, 6, 0.1) # 以0.1為單位，生成0到6的數據y = np.sin(x)# 繪制圖形plt.plot(x, y)plt.show()

就會得到圖1-3：

在剛才的sin函數的圖形中，我們嘗試追加cos函數的圖形，并嘗試使用pyplot的添加標題和x軸標簽名等其他功能。

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 生成數據x = np.arange(0, 6, 0.1) # 以0.1為單位，生成0到6的數據y1 = np.sin(x)y2 = np.cos(x)# 繪制圖形plt.plot(x, y1, label="sin")plt.plot(x, y2, linestyle = "--", label="cos") # 用虛線繪制plt.xlabel("x") # x軸標簽plt.ylabel("y") # y軸標簽plt.title('sin & cos') # 標題plt.legend()plt.show()

就會得到圖1-4：

今天就到這里啦！

大家都要加油鴨！

春風不度玉門關，

我佛不渡鐵憨憨。

雕欄玉砌應猶在，

點贊完了點在看。

? - end -??

圖文源魚書

公眾號：一枝花滿樓