Python 訓練營打卡 Day 40

訓練和測試的規范寫法

一、黑白圖片的規范寫法,以MNIST數據集為例
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms  # 用于加載MNIST數據集
from torch.utils.data import DataLoader  # 用于創建數據加載器
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 設置中文字體支持
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解決負號顯示問題# 1. 數據預處理
transform = transforms.Compose([  transforms.ToTensor(),  # 轉換為張量并歸一化到[0,1]transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))  # MNIST數據集的均值和標準差
])# 2. 加載MNIST數據集,沒有的話會自動下載
train_dataset = datasets.MNIST(root='./data',train=True,download=True,transform=transform
)test_dataset = datasets.MNIST(root='./data',train=False,transform=transform
)# 3. 創建數據加載器,用于批量加載數據
# 這里我們使用 DataLoader 來創建訓練集和測試集的加載器,
# 并設置了 batch_size 和 shuffle 參數。
# batch_size 表示每次加載的數據量,shuffle 表示是否打亂數據順序。   
batch_size = 64  # 每批處理64個樣本
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)  # 訓練時打斷順序
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)  # 測試時不打斷順序# 4. 定義感知機模型、損失函數和優化器
class MLP(nn.Module):def __init__(self):super(MLP, self).__init__()self.flatten = nn.Flatten()  # 將28x28的圖像展平為784維向量,方便輸入到全連接層self.layer1 = nn.Linear(784, 128)  # 第一層:784個輸入,128個神經元self.relu = nn.ReLU()  # 激活函數self.layer2 = nn.Linear(128, 10)  # 第二層:128個輸入,10個輸出(對應10個數字類別)def forward(self, x):x = self.flatten(x)  # 展平圖像x = self.layer1(x)   # 第一層線性變換x = self.relu(x)     # 應用ReLU激活函數x = self.layer2(x)   # 第二層線性變換,輸出logitsreturn x# 檢查GPU是否可用
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")# 初始化模型
model = MLP()
model = model.to(device)  # 將模型移至GPU(如果可用)criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 交叉熵損失函數,適用于多分類問題
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)  # Adam優化器# 5. 訓練模型(記錄每個 iteration 的損失)
def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs):model.train()  # 設置為訓練模式# 新增:記錄每個 iteration 的損失all_iter_losses = []  # 存儲所有 batch 的損失iter_indices = []     # 存儲 iteration 序號(從1開始)for epoch in range(epochs):running_loss = 0.0correct = 0total = 0for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):data, target = data.to(device), target.to(device)  # 移至GPU(如果可用)optimizer.zero_grad()  # 梯度清零output = model(data)  # 前向傳播loss = criterion(output, target)  # 計算損失loss.backward()  # 反向傳播optimizer.step()  # 更新參數# 記錄當前 iteration 的損失(注意:這里直接使用單 batch 損失,而非累加平均)iter_loss = loss.item()all_iter_losses.append(iter_loss)iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)  # iteration 序號從1開始# 統計準確率和損失(原邏輯保留,用于 epoch 級統計)running_loss += iter_loss_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()# 每100個批次打印一次訓練信息(可選:同時打印單 batch 損失)if (batch_idx + 1) % 100 == 0:print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} 'f'| 單Batch損失: {iter_loss:.4f} | 累計平均損失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')# 原 epoch 級邏輯(測試、打印 epoch 結果)不變epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)epoch_train_acc = 100. * correct / totalepoch_test_loss, epoch_test_acc = test(model, test_loader, criterion, device)print(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 訓練準確率: {epoch_train_acc:.2f}% | 測試準確率: {epoch_test_acc:.2f}%')# 繪制所有 iteration 的損失曲線plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)# 保留原 epoch 級曲線(可選)# plot_metrics(train_losses, test_losses, train_accuracies, test_accuracies, epochs)return epoch_test_acc  # 返回最終測試準確率# 6. 測試模型
def test(model, test_loader, criterion, device):model.eval()  # 設置為評估模式test_loss = 0correct = 0total = 0with torch.no_grad():  # 不計算梯度,節省內存和計算資源for data, target in test_loader:data, target = data.to(device), target.to(device)output = model(data)test_loss += criterion(output, target).item()_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()avg_loss = test_loss / len(test_loader)accuracy = 100. * correct / totalreturn avg_loss, accuracy  # 返回損失和準確率# 7.繪制每個 iteration 的損失曲線
def plot_iter_losses(losses, indices):plt.figure(figsize=(10, 4))plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')plt.xlabel('Iteration(Batch序號)')plt.ylabel('損失值')plt.title('每個 Iteration 的訓練損失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 8. 執行訓練和測試(設置 epochs=2 驗證效果)
epochs = 2  
print("開始訓練模型...")
final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs)
print(f"訓練完成!最終測試準確率: {final_accuracy:.2f}%")# 9. 隨機選擇測試圖像進行預測展示
def show_random_predictions(model, test_loader, device, num_images=5):model.eval()# 隨機選擇索引indices = np.random.choice(len(test_dataset), num_images, replace=False)plt.figure(figsize=(3*num_images, 4))for i, idx in enumerate(indices):# 獲取圖像和真實標簽image, label = test_dataset[idx]image = image.unsqueeze(0).to(device)# 預測并計算概率with torch.no_grad():output = model(image)probs = torch.nn.functional.softmax(output, dim=1)_, predicted = torch.max(output.data, 1)confidence = probs[0][predicted].item()# 轉換圖像格式image = image.squeeze().cpu().numpy()# 修改為直接取第一個通道(MNIST是單通道)image = image[0] if image.ndim == 3 else image  # 處理單通道情況image = image * 0.1307 + 0.3081  # 反歸一化# 繪制結果plt.subplot(1, num_images, i+1)plt.imshow(image, cmap='gray')  # 明確指定灰度圖# 設置標題顏色和內容title_color = 'green' if predicted.item() == label else 'red'title_text = (f'真實: {test_dataset.classes[label]}\n'f'預測: {test_dataset.classes[predicted.item()]}\n'f'置信度: {confidence:.2%}')plt.title(title_text, color=title_color)plt.axis('off')plt.tight_layout()plt.show()# 在訓練完成后調用
print("\n隨機測試圖像預測結果:")
show_random_predictions(model, test_loader, device)
開始訓練模型...
Epoch: 1/2 | Batch: 100/938 | 單Batch損失: 0.4156 | 累計平均損失: 0.6298
Epoch: 1/2 | Batch: 200/938 | 單Batch損失: 0.2680 | 累計平均損失: 0.4774
Epoch: 1/2 | Batch: 300/938 | 單Batch損失: 0.4445 | 累計平均損失: 0.4096
Epoch: 1/2 | Batch: 400/938 | 單Batch損失: 0.1984 | 累計平均損失: 0.3676
Epoch: 1/2 | Batch: 500/938 | 單Batch損失: 0.3787 | 累計平均損失: 0.3352
Epoch: 1/2 | Batch: 600/938 | 單Batch損失: 0.2049 | 累計平均損失: 0.3130
Epoch: 1/2 | Batch: 700/938 | 單Batch損失: 0.2164 | 累計平均損失: 0.2962
Epoch: 1/2 | Batch: 800/938 | 單Batch損失: 0.1432 | 累計平均損失: 0.2797
Epoch: 1/2 | Batch: 900/938 | 單Batch損失: 0.0901 | 累計平均損失: 0.2655
Epoch 1/2 完成 | 訓練準確率: 92.45% | 測試準確率: 96.09%
Epoch: 2/2 | Batch: 100/938 | 單Batch損失: 0.1137 | 累計平均損失: 0.1193
Epoch: 2/2 | Batch: 200/938 | 單Batch損失: 0.2177 | 累計平均損失: 0.1250
Epoch: 2/2 | Batch: 300/938 | 單Batch損失: 0.1939 | 累計平均損失: 0.1253
Epoch: 2/2 | Batch: 400/938 | 單Batch損失: 0.1066 | 累計平均損失: 0.1227
Epoch: 2/2 | Batch: 500/938 | 單Batch損失: 0.0964 | 累計平均損失: 0.1199
Epoch: 2/2 | Batch: 600/938 | 單Batch損失: 0.1582 | 累計平均損失: 0.1185
Epoch: 2/2 | Batch: 700/938 | 單Batch損失: 0.2484 | 累計平均損失: 0.1173
Epoch: 2/2 | Batch: 800/938 | 單Batch損失: 0.1279 | 累計平均損失: 0.1166
Epoch: 2/2 | Batch: 900/938 | 單Batch損失: 0.2397 | 累計平均損失: 0.1163
Epoch 2/2 完成 | 訓練準確率: 96.51% | 測試準確率: 96.64%

隨機測試圖像預測結果:?

二、彩色圖片的規范寫法,以CIFAR-10數據集為例
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
from torch.utils.data import DataLoader
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 設置中文字體支持
plt.rcParams["font.family"] = ["SimHei"]
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解決負號顯示問題# 1. 數據預處理
transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor(),                # 轉換為張量transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))  # 標準化處理
])# 2. 加載CIFAR-10數據集
train_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=True,download=True,transform=transform
)test_dataset = datasets.CIFAR10(root='./data',train=False,transform=transform
)# 3. 創建數據加載器
batch_size = 64
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)# 4. 定義MLP模型(適應CIFAR-10的輸入尺寸)
class MLP(nn.Module):def __init__(self):super(MLP, self).__init__()self.flatten = nn.Flatten()  # 將3x32x32的圖像展平為3072維向量self.layer1 = nn.Linear(3072, 512)  # 第一層:3072個輸入,512個神經元self.relu1 = nn.ReLU()self.dropout1 = nn.Dropout(0.2)  # 添加Dropout防止過擬合self.layer2 = nn.Linear(512, 256)  # 第二層:512個輸入,256個神經元self.relu2 = nn.ReLU()self.dropout2 = nn.Dropout(0.2)self.layer3 = nn.Linear(256, 10)  # 輸出層:10個類別def forward(self, x):# 第一步:將輸入圖像展平為一維向量x = self.flatten(x)  # 輸入尺寸: [batch_size, 3, 32, 32] → [batch_size, 3072]# 第一層全連接 + 激活 + Dropoutx = self.layer1(x)   # 線性變換: [batch_size, 3072] → [batch_size, 512]x = self.relu1(x)    # 應用ReLU激活函數x = self.dropout1(x) # 訓練時隨機丟棄部分神經元輸出# 第二層全連接 + 激活 + Dropoutx = self.layer2(x)   # 線性變換: [batch_size, 512] → [batch_size, 256]x = self.relu2(x)    # 應用ReLU激活函數x = self.dropout2(x) # 訓練時隨機丟棄部分神經元輸出# 第三層(輸出層)全連接x = self.layer3(x)   # 線性變換: [batch_size, 256] → [batch_size, 10]return x  # 返回未經過Softmax的logits# 檢查GPU是否可用
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")# 初始化模型
model = MLP()
model = model.to(device)  # 將模型移至GPU(如果可用)criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 交叉熵損失函數
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)  # Adam優化器# 5. 訓練模型(記錄每個 iteration 的損失)
def train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs):model.train()  # 設置為訓練模式# 記錄每個 iteration 的損失all_iter_losses = []  # 存儲所有 batch 的損失iter_indices = []     # 存儲 iteration 序號for epoch in range(epochs):running_loss = 0.0correct = 0total = 0for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):data, target = data.to(device), target.to(device)  # 移至GPUoptimizer.zero_grad()  # 梯度清零output = model(data)  # 前向傳播loss = criterion(output, target)  # 計算損失loss.backward()  # 反向傳播optimizer.step()  # 更新參數# 記錄當前 iteration 的損失iter_loss = loss.item()all_iter_losses.append(iter_loss)iter_indices.append(epoch * len(train_loader) + batch_idx + 1)# 統計準確率和損失running_loss += iter_loss_, predicted = output.max(1)total += target.size(0)correct += predicted.eq(target).sum().item()# 每100個批次打印一次訓練信息if (batch_idx + 1) % 100 == 0:print(f'Epoch: {epoch+1}/{epochs} | Batch: {batch_idx+1}/{len(train_loader)} 'f'| 單Batch損失: {iter_loss:.4f} | 累計平均損失: {running_loss/(batch_idx+1):.4f}')# 計算當前epoch的平均訓練損失和準確率epoch_train_loss = running_loss / len(train_loader)epoch_train_acc = 100. * correct / total# 測試階段model.eval()  # 設置為評估模式test_loss = 0correct_test = 0total_test = 0with torch.no_grad():for data, target in test_loader:data, target = data.to(device), target.to(device)output = model(data)test_loss += criterion(output, target).item()_, predicted = output.max(1)total_test += target.size(0)correct_test += predicted.eq(target).sum().item()epoch_test_loss = test_loss / len(test_loader)epoch_test_acc = 100. * correct_test / total_testprint(f'Epoch {epoch+1}/{epochs} 完成 | 訓練準確率: {epoch_train_acc:.2f}% | 測試準確率: {epoch_test_acc:.2f}%')# 繪制所有 iteration 的損失曲線plot_iter_losses(all_iter_losses, iter_indices)return epoch_test_acc  # 返回最終測試準確率# 6. 繪制每個 iteration 的損失曲線
def plot_iter_losses(losses, indices):plt.figure(figsize=(10, 4))plt.plot(indices, losses, 'b-', alpha=0.7, label='Iteration Loss')plt.xlabel('Iteration(Batch序號)')plt.ylabel('損失值')plt.title('每個 Iteration 的訓練損失')plt.legend()plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.show()# 7. 執行訓練和測試
epochs = 20  # 增加訓練輪次以獲得更好效果
print("開始訓練模型...")
final_accuracy = train(model, train_loader, test_loader, criterion, optimizer, device, epochs)
print(f"訓練完成!最終測試準確率: {final_accuracy:.2f}%")# 8. 隨機選擇測試圖像進行預測展示
def show_random_predictions(model, test_loader, device, num_images=5):model.eval()# 隨機選擇索引indices = np.random.choice(len(test_dataset), num_images, replace=False)plt.figure(figsize=(3*num_images, 4))for i, idx in enumerate(indices):# 獲取圖像和真實標簽image, label = test_dataset[idx]image = image.unsqueeze(0).to(device)# 預測并計算概率with torch.no_grad():output = model(image)probs = torch.nn.functional.softmax(output, dim=1)_, predicted = torch.max(output.data, 1)confidence = probs[0][predicted].item()# 轉換圖像格式(CIFAR-10專用)image = image.squeeze().cpu().numpy()image = np.transpose(image, (1, 2, 0))  # 從(C,H,W)轉為(H,W,C)image = image * 0.5 + 0.5  # 反歸一化# 繪制結果(CIFAR-10不需要cmap='gray')plt.subplot(1, num_images, i+1)plt.imshow(image) # 設置標題顏色和內容title_color = 'green' if predicted.item() == label else 'red'title_text = (f'真實: {test_dataset.classes[label]}\n'f'預測: {test_dataset.classes[predicted.item()]}\n'f'置信度: {confidence:.2%}')plt.title(title_text, color=title_color)plt.axis('off')plt.tight_layout()plt.show()# 在訓練完成后調用
print("\n隨機測試圖像預測結果:")
show_random_predictions(model, test_loader, device)
開始訓練模型...
Epoch: 1/20 | Batch: 100/782 | 單Batch損失: 1.8490 | 累計平均損失: 1.9064
Epoch: 1/20 | Batch: 200/782 | 單Batch損失: 1.9917 | 累計平均損失: 1.8319
Epoch: 1/20 | Batch: 300/782 | 單Batch損失: 1.6255 | 累計平均損失: 1.7918
Epoch: 1/20 | Batch: 400/782 | 單Batch損失: 1.4693 | 累計平均損失: 1.7604
Epoch: 1/20 | Batch: 500/782 | 單Batch損失: 1.8785 | 累計平均損失: 1.7441
Epoch: 1/20 | Batch: 600/782 | 單Batch損失: 1.5239 | 累計平均損失: 1.7261
Epoch: 1/20 | Batch: 700/782 | 單Batch損失: 1.5979 | 累計平均損失: 1.7132
Epoch 1/20 完成 | 訓練準確率: 39.59% | 測試準確率: 45.31%
Epoch: 2/20 | Batch: 100/782 | 單Batch損失: 1.3397 | 累計平均損失: 1.4856
Epoch: 2/20 | Batch: 200/782 | 單Batch損失: 1.4475 | 累計平均損失: 1.4658
Epoch: 2/20 | Batch: 300/782 | 單Batch損失: 1.3311 | 累計平均損失: 1.4698
Epoch: 2/20 | Batch: 400/782 | 單Batch損失: 1.5560 | 累計平均損失: 1.4726
Epoch: 2/20 | Batch: 500/782 | 單Batch損失: 1.3987 | 累計平均損失: 1.4686
Epoch: 2/20 | Batch: 600/782 | 單Batch損失: 1.4540 | 累計平均損失: 1.4664
Epoch: 2/20 | Batch: 700/782 | 單Batch損失: 1.3138 | 累計平均損失: 1.4620
Epoch 2/20 完成 | 訓練準確率: 48.36% | 測試準確率: 50.02%
Epoch: 3/20 | Batch: 100/782 | 單Batch損失: 1.3247 | 累計平均損失: 1.3399
Epoch: 3/20 | Batch: 200/782 | 單Batch損失: 1.5797 | 累計平均損失: 1.3359
Epoch: 3/20 | Batch: 300/782 | 單Batch損失: 1.7371 | 累計平均損失: 1.3417
Epoch: 3/20 | Batch: 400/782 | 單Batch損失: 1.2458 | 累計平均損失: 1.3385
Epoch: 3/20 | Batch: 500/782 | 單Batch損失: 1.3252 | 累計平均損失: 1.3355
Epoch: 3/20 | Batch: 600/782 | 單Batch損失: 1.2957 | 累計平均損失: 1.3373
Epoch: 3/20 | Batch: 700/782 | 單Batch損失: 1.3832 | 累計平均損失: 1.3398
...
Epoch: 20/20 | Batch: 500/782 | 單Batch損失: 0.6388 | 累計平均損失: 0.3730
Epoch: 20/20 | Batch: 600/782 | 單Batch損失: 0.3712 | 累計平均損失: 0.3795
Epoch: 20/20 | Batch: 700/782 | 單Batch損失: 0.3770 | 累計平均損失: 0.3884
Epoch 20/20 完成 | 訓練準確率: 86.10% | 測試準確率: 53.29%

隨機測試圖像預測結果:

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系統程序文件列表 項目功能:飼養員,健康登記,工作進度,動物信息,進食信息,動物健康,動物醫治,飼料信息,工作留言 開題報告內容 基于Vue框架的動物園飼養管理系統開題報告 一、研究背景與意義 (一)研究背景 隨著城市化進程加快和公眾對生…

docker鏡像與dockerfile

一、docker鏡像 1.什么是鏡像 容器解決應用開發、測試和部署的問題,而鏡像解決應用部署環境問題。鏡像是一個只讀的容器模板, 打包了應用程序和應用程序所依賴的文件系統以及啟動容器的配置文件,是啟動容器的基礎。鏡像所打 包的文件內容就是…

流媒體基礎解析:音視頻封裝格式與傳輸協議

在視頻處理與傳輸的完整流程中,音視頻封裝格式和傳輸協議扮演著至關重要的角色。它們不僅決定了視頻文件的存儲方式,還影響著視頻在網絡上的傳輸效率和播放體驗。今天,我們將深入探討音視頻封裝格式和傳輸協議的相關知識。 音視頻封裝格式 什…

普中STM32F103ZET6開發攻略(一)

各位看官老爺們,點擊關注不迷路喲。你的點贊、收藏,一鍵三連,是我持續更新的動力喲!!! 目錄 普中STM32F103ZET6開發攻略 1. GPIO端口實驗——點亮LED燈 1.1 實驗目的 1.2 實驗原理 1.3 實驗環境和器材…

AWS API Gateway 配置WAF(中國區)

問題 需要給AWS API Gateway配置WAF。 AWS WAF設置 打開AWS WAF首頁,開始創建和配置WAF,如下圖: 設置web acl名稱,然后開始添加aws相關資源,如下圖: 選擇資源類型,但是,我這里出…

測試分類詳解

測試分類 一、按測試對象分類 1. 界面測試 1.1 測試內容介紹 界面測試驗證用戶界面(UI)的視覺呈現和交互邏輯,確保符合設計規范并提供良好的用戶體驗。測試內容包括: 頁面布局和元素對齊字體、顏色和圖標一致性交互反饋(懸停、點擊狀態&a…

打開NRODIC SDK編譯不過怎么處理,keil與segger studio

打開NRODIC SDK編譯不過怎么處理,以下是keil處理. 1,如圖,不要安裝安裝也不會過 2. 不要安裝點擊否 3.點擊確定后進來這個樣子 4.這里選擇這個勾,OK后就不會再有后面的pack_license 5.去掉勾后這里要選擇自己SDK對應的pack版本,我的是8.27.0 6.OK后彈出個界面也要反復選擇…

HarmonyOS ArkUI-X開發中的常見問題及解決方案

一、跨平臺編譯與適配問題 1. 平臺特定API不兼容 ?問題現象?:使用Router模塊的replaceUrl或startAbility等鴻蒙專屬API時,編譯跨平臺工程報錯cant support crossplatform application。 ?解決方案?: 改用ohos.router的跨平臺封裝API&a…

CSS篇-2

4. position 的值分別是相對于哪個位置定位的? position 屬性是 CSS 布局中一個非常核心的概念,它允許我們精確控制元素在文檔中的定位方式,從而脫離或部分脫離正常的文檔流。理解 position 的不同值以及它們各自的定位基準,是實…