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文件的读写

创建.csv类型的文件，并读取文件

.csv类型的文件是以逗号风格的字符串类型的数据

import os//导入操作计算机系统的对象
os.makedirs(os.path.join('..','data'),exist_ok=True)//在当前项目所在的目录下创建文件data，如果文件存在也不报异常
data_file=os.path.join('..','data','house_tiny.cvs')//在data目录下创建.csv文件
with open(data_file,'w') as f://打开文件的写权限并写入数据f.write('NumRooms,Alley,Price\n')f.write('NA,Pave,127500\n')f.write('2,NA,106000\n')f.write('4,NA,178100\n')f.write('NA,NA,140000\n')import pandas//pandas主要用于数据的读取操作data=pandas.read_csv(data_file)//读取.csv类型的数据
print(data)NumRooms Alley   Price
0       NaN  Pave  127500
1       2.0   NaN  106000
2       4.0   NaN  178100
3       NaN   NaN  140000

import os
os.makedirs(os.path.join('D:/File/test','data'),exist_ok=True)
data_file=os.path.join('D:/File/test','data','house_tiny.csv')
with open(data_file,'w') as f:f.write('NumRooms,Alley,Price\n')f.write('2.0,Pave,127500\n')f.write('4.0,NA,178100\n')f.write('NA,NA,140000\n')f.write('NA,Pave,127500\n')
import pandas
data =pandas.read_csv(data_file)
print(data)

import torch
import os
os.makedirs(os.path.join("D:/File/test","data"),exist_ok=True)
data_file=os.path.join("D:/File/test","data","house_tiny.csv")
with open(data_file,"w") as f:f.write('NumRooms,Alley,Price\n')f.write('2.0,Pave,127500\n')f.write('4.0,NA,178100\n')f.write('NA,NA,140000\n')f.write('NA,Pave,127500\n')import pandas
data =pandas.read_csv(data_file)
print(data)inputs ,outputs =data.iloc[:,0:2],data.iloc[:,2]
inputs=inputs.fillna(inputs.select_dtypes(include="number").mean())//fillna的作用填充空值，用平均值进行填充
print(inputs)inputs=pandas.get_dummies(inputs,dummy_na=True,dtype=numpy.int8)
print(inputs)
print(outputs)
X,y=torch.tensor(inputs.values),torch.tensor(outputs.values)
print(X)
print(y)NumRooms Alley   Price
0       2.0  Pave  127500
1       4.0   NaN  178100
2       NaN   NaN  140000
3       NaN  Pave  127500NumRooms Alley
0       2.0  Pave
1       4.0   NaN
2       3.0   NaN
3       3.0  PaveNumRooms  Alley_Pave  Alley_nan
0       2.0           1          0
1       4.0           0          1
2       3.0           0          1
3       3.0           1          0
0    127500
1    178100
2    140000
3    127500
Name: Price, dtype: int64
tensor([[2., 1., 0.],[4., 0., 1.],[3., 0., 1.],[3., 1., 0.]], dtype=torch.float64)
tensor([127500, 178100, 140000, 127500])

上述代码所用到的知识点总结
Pandas读取某列、某行数据——loc、iloc用法总结
pandas操作4（处理缺失值/位置索引）
【深入浅出学习笔记】李沐《动手学深度学习2.0》之数据预处理学习

import os
os.makedirs(os.path.join("D:/File/test","testdata"),exist_ok=True)
data_file=os.path.join("D:/File/test","testdata","house.csv")
with open(data_file,'w') as f:f.write("size,price\n")f.write('20,10\n')f.write('30,20\n')
import pandas
data=pandas.read_csv(data_file)
print(data)

创建.xlsx文件

import pandas as pd
import numpy as np
import os
os.makedirs(os.path.join("D:/","实验数据"),exist_ok=True)
# 生成DataFrame
data = pd.DataFrame(np.arange(30).reshape((6, 5)),columns=['A', 'B', 'C', 'D', 'E'])
# 写入本地
data.to_excel("D:\\实验数据\\data.xlsx", sheet_name="data")
print(data)

使用Python做图

import numpy
from matplotlib_inline import backend_inline
from d2l import torch as d2l
def f(x):return 3*x**2-4*xdef numerical_lim(f,x,h):return (f(x+h)-f(x))/hh=0.1
for i in range(5):print(f"h={h:.5f},numerical limit={numerical_lim(f,1,h):.5f}")h*=0.1//这是一个求导的过程def use_svg_display():#@savebackend_inline.set_matplotlib_formats('svg')//通过在线的方式，设置画布类型为svgdef set_figsize(figsize):#@saveuse_svg_display()d2l.plt.rcParams['figure.figsize']=figsize//设置画布的尺寸为figsize#@save
def set_axes(axes,xlabel,ylabel,xlim,ylim,xscale,yscale,legend):axes.set_xlabel(xlabel)//设置X轴的标签axes.set_ylabel(ylabel)axes.set_xlim(xlim)//设置X轴上的数值axes.set_ylim(ylim)axes.set_xscale(xscale)//设置X轴上的数值的缩放比例axes.set_yscale(yscale)if legend:axes.legend(legend)//axes.legend()函数说明图例的位置等相关属性axes.grid()//grid()函数用于设置绘图区网格线。#@save
def plot(X,Y=None,xlabel=None,ylabel=None,legend=None,xlim=None,ylim=None,xscale='linear',yscale='linear',fmts=('-','m--','g-.','r:'),figsize=(3.5,2.5),axes=None):
//         这是一种在Matplotib中设置图形线条样式的方式。在Matplotib中，可以使用fmts参数来设置线条样式。fmts参数是一个字符串，由一个或多个字符//组成，每个字符都代表了一个设计元素，用于设置线条的颜色、线型和标记。
//在给定的fmts参数中，每个字符的含义如下:
//·第一个字符(-')代表线的颜色，这里的-'代表黑色。
//·第二个字符('m')代表线的样式，这里的'm--'代表品红色的虚线。·第三个字符('g')代表线的颜色，这里的'g'代表绿色。
//·第四个字符(r')代表线的颜色，这里的'r:'代表红色的点线。
//通过在Matplotlib中设置fmts参数，可以使不同的线条呈现不同的颜色、样式和标记，从而更加直观地表达数据之间的关系。if legend is None:legend=[]set_figsize(figsize)axes=axes if axes else d2l.plt.gca()
//[动手学深度学习-导数和微分-第二章plot函数理解](https://blog.csdn.net/qyk666/article/details/134756786)def has_one_axis(X):return (hasattr(X,'ndim') and X.ndim==1 or isinstance(X,list) and not hasattr(X[0],"__len__"))if has_one_axis(X):X=[X]if Y is None:X,Y=[[]]*len(X),Xelif has_one_axis(Y):Y=[Y]if len(X)!=len(Y):X=X*len(Y)axes.cla()for x,y, fmt in zip(X,Y,fmts):if len(x):axes.plot(x,y,fmt)else:axes.plot(y,fmt)set_axes(axes,xlabel,ylabel,xlim,ylim,xscale,yscale,legend)x=numpy.arange(0,3,0.1)
plot(x,[f(x),2*x-3],'x','f(x)',legend=['f(x)','Tangent line (x=1)'])
plt.show()""""""import numpy
import math
from d2l import torch as d2l
def normal(x,mu,sigma):p=1/np.sqrt(2*math.pi*sigma**2)return p*np.exp(-0.5/sigma**2*(x-mu)**2)x=numpy.arange(-10,10,0.01)
params=[(0,1),(0,2),(3,1)]d2l.plot(x,[normal(x,mu,sigma) for  mu,sigma in params],xlabel='x',ylabel='p(x)',figsize=(4.5,2.5),legend=[f'mean{mu},std{sigma}' for mu ,sigma in params])
plt.show()""""""import random
import torch
from d2l import torch as d2l
def synthetic_data(w,b,num_examples):#@saveX=torch.normal(0,1,(num_examples,len(w)))y=torch.matmul(X,w)+by+=torch.normal(0,0.01,y.shape)return X,y.reshape((-1,1))
true_w=torch.tensor([2,-3.4])
true_b=4.2
features ,labels=synthetic_data(true_w,true_b,1000)
print('features:',features[0],'\nlabel:',labels[0])
# print(labels)
d2l.set_figsize()
# print(features[:,(1)].detach().numpy())
# print('fasfsadfsdfsdf')
# print(labels.detach().numpy)
d2l.plt.scatter(features[:,(1)].detach().numpy(),labels,1)plt.show()"""

生成数据集

切片取值操作

修改张量中指定位置的数据

import torch
X=torch.zeros(3,4)
X[1,1]=1
Y=torch.ones(3,4)
Y[0,0]=0
print(X==Y)
print(X>Y)
print((X<Y))

知识点

torch.arange(x)

作用：依据x生成一个数组

import torch
x=torch.arange(12)
print(x)
tensor([ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11])

import numpy
x=numpy.arange(12)
print(x)
[ 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11]

import torch
x=torch.arange(4)
print(x)
print(x[2])

torch.tensor(2)

作用：生成指定的张量

import torch
x=torch.tensor(2)
y=torch.tensor(3)
print(x+y,x-y,x*y,x/y,x**y)
tensor(5) tensor(-1) tensor(6) tensor(0.6667) tensor(8)

A=torch.randn(36).reshape(6,6)

作用：生成符合正太分布的数据

A=torch.randn(36).reshape(6,6)
print(A+A.T)
A=torch.arange(25).reshape(5,5)
print(A)
print(len(A))
print(A/A.sum(axis=1))
print(A.sum(axis=1))
print(A)

shape

作用：查看调用者的形状或者称呼为尺寸

import torch
x=torch.arange(12)
a=x.shape
print(a)
torch.Size([12])

import numpy
x=numpy.arange(12)
a=x.shape
print(a)
(12,)

import torch
A=torch.arange(24).reshape(2,3,4)
print(A.shape,A.shape[0],A.shape[1],A.shape[2])

numel()

作用：（名称的字面意思元素的数量）查看元素的数量

import torch
x=torch.arange(12)
a=x.numel()
print(a)
12

reshape(x,y,z)

作用：将数据的展示形状进行重新的塑形

import torch
x=torch.arange(12)
X=x.reshape(3,4)
print(X)
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11]])

import numpy
x=numpy.arange(12)
X=x.reshape(3,4)
print(X)
[[ 0  1  2  3][ 4  5  6  7][ 8  9 10 11]]

-1的作用：依据数据自动计算数值并填入

import torch
x=torch.arange(12)
X=x.reshape(-1,4)
print(X)
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11]])

import torch
x=torch.arange(12)
X=x.reshape(3,-1)
print(X)
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11]])

import numpy
x=numpy.arange(12)
X=x.reshape(-1,4)
print(X)
[[ 0  1  2  3][ 4  5  6  7][ 8  9 10 11]]

import numpy
x=numpy.arange(12)
X=x.reshape(3,-1)
print(X)
[[ 0  1  2  3][ 4  5  6  7][ 8  9 10 11]]

torch.zeros(3,3,4)

作用：生成三维全为零的数据

import torch
X=torch.zeros(3,3,4)
print(X)
tensor([[[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.]],[[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.]],[[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.],[0., 0., 0., 0.]]])

import numpy as np
X=np.zeros((2,2,3),int)
print(X)
[[[0 0 0][0 0 0]][[0 0 0][0 0 0]]]

torch.ones(2,3,4)

作用：生成三维全为1的数据

import torch as to
X=to.ones(2,2,3)
print(X)
tensor([[[1., 1., 1.],[1., 1., 1.]],[[1., 1., 1.],[1., 1., 1.]]])

在python中想要改变函数的返回结果，往往只需要在参数列表中在添加一些参数

import numpy as  np
X=np.ones((2,2,2),float)
print(X)
[[[1. 1.][1. 1.]][[1. 1.][1. 1.]]]

torch.randn(4,5)

作用：生成符合正太分布的数据

import torch
X=torch.randn(4,5)
print(X)
tensor([[-1.1866,  1.1176,  1.0693, -1.0216,  0.1562],[ 0.1815,  0.3246,  1.1276,  0.5653, -1.4328],[ 0.1206,  0.6508, -0.4501,  0.0958,  0.7154],[ 1.1551,  0.1163,  0.7360,  0.7723, -0.1527]])

import numpy
X=numpy.random.randn(3,4)
print(X)
[[ 0.77655555 -0.89418554 -1.27220862 -0.52597834][-0.20755957 -0.53087554 -0.83361693  1.29417959][ 0.49374487  1.55469626  0.53871618 -0.01278069]]

torch.tensor([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])

自定义数据

import torch
X=torch.tensor([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
print(X)
tensor([[1, 2, 3],[4, 5, 6],[7, 8, 9]])

数组的加减乘除

import torch
x=torch.tensor([1,2,4,8])
y=torch.tensor([2,2,2,2])
print(str(x+y)+"\n"+str(x-y)+"\n"+str(x*y)+"\n"+str(x/y)+"\n"+str(x**y)+"\n")
tensor([ 3,  4,  6, 10])
tensor([-1,  0,  2,  6])
tensor([ 2,  4,  8, 16])
tensor([0.5000, 1.0000, 2.0000, 4.0000])
tensor([ 1,  4, 16, 64])

torch.exp(x)

作用生成数学公式中e函数

import torch
x=torch.tensor([1,2,3,4])
x=torch.exp(x)
print(x)
tensor([ 2.7183,  7.3891, 20.0855, 54.5981])

import numpy
x=numpy.array([1,2,3,4],float)
print(x)
x=numpy.exp(x)
print(x)
[1. 2. 3. 4.]
[ 2.71828183  7.3890561  20.08553692 54.59815003]

Z1=torch.cat((X,Y),dim=0)

作用：合并数据存储类型，dim=0按照列合并，dim=1按照行合并

import torch
X=torch.arange(12,dtype=torch.int).reshape(3,4)
print(X)
Y=torch.tensor([[1,2,3,4],[2,2,2,2],[6,6,6,6]])
Z1=torch.cat((X,Y),dim=0)
Z2=torch.cat((X, Y),dim=1)
print(Y)
print(Z1)
print(Z2)
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11]], dtype=torch.int32)
tensor([[1, 2, 3, 4],[2, 2, 2, 2],[6, 6, 6, 6]])
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11],[ 1,  2,  3,  4],[ 2,  2,  2,  2],[ 6,  6,  6,  6]])
tensor([[ 0,  1,  2,  3,  1,  2,  3,  4],[ 4,  5,  6,  7,  2,  2,  2,  2],[ 8,  9, 10, 11,  6,  6,  6,  6]])

Z=X==Y

作用：比较两个矩阵是否相等，比较的是两个数据存储结构中的每一位元素是否相等

import torch
X=torch.arange(12).reshape(3,4)
print(X)
Y=torch.tensor([[1,2,3,4],[2,2,2,2],[6,6,6,6]])
print(Y)
Z=X==Y
print(Z)

X.sum()

作用 ：将矩阵中所有的元素相加

import torch
X=torch.arange(12).reshape(3,4)
print(X.sum())

import torch
x=torch.arange(4)
print(x)
print(x.sum())

矩阵的广播机制，形状不一样的矩阵变成形状相同的矩阵

作用：广播机制可以使形状不一样的矩阵变成一样的矩阵

"import torch
a=torch.arange(3).reshape(3,1)
print(a)
b=torch.arange(2).reshape(1,2)
print(b)
C=a+b
print(C)
tensor([[0],[1],[2]])
tensor([[0, 1]])
tensor([[0, 1],[1, 2],[2, 3]])

import torch
A=torch.tensor([[[1,2,3],[4,5,6]],[[1,2,3],[1,2,3]]])
print(A)
a=2
A=a+A
print(A)
A=A*a
print(A)

矩阵中元素的获取

作用：获取矩阵中特定位置的元素

import torch
X=torch.arange(12).reshape(3,4)
print(X)
print(X[-1])
print(X[1,2])
X[1,2]=111
print(X)
print(X[0:2])
X[0:2]=111111
print(X)
X[0:2,:]=222222
print(X)
tensor([[ 0,  1,  2,  3],[ 4,  5,  6,  7],[ 8,  9, 10, 11]])
tensor([ 8,  9, 10, 11])
tensor(6)
tensor([[  0,   1,   2,   3],[  4,   5, 111,   7],[  8,   9,  10,  11]])
tensor([[  0,   1,   2,   3],[  4,   5, 111,   7]])
tensor([[111111, 111111, 111111, 111111],[111111, 111111, 111111, 111111],[     8,      9,     10,     11]])
tensor([[222222, 222222, 222222, 222222],[222222, 222222, 222222, 222222],[     8,      9,     10,     11]])

before =id(Y)

作用：查看对象在内存中的存储位置

import torch
Y=torch.ones(3,4)
X=torch.ones(3,4)
before =id(Y)
print(before)
Y=X+Y
after=id(Y)
print(after)
2392263829440
2391076947984

torch.zeros_like(Y)

作用：形成一个像Y一样的全为零的张量

import torch
Y = torch.zeros(3,4)
X = torch.ones(3,4)
Z = torch.zeros_like(Y)
print(id(Z))
Z[:]=X+Y
print(id(Z))
2255358553200
2255358553200

Z[:]=X+Y

作用：可以使Z在内存中的存储位置不变（使用+=这种类型的符合也不会改变对象在内存中的存储位置）

import torch
Y = torch.zeros(3,4)
X = torch.ones(3,4)
Z = torch.zeros_like(Y)
print(id(Z))
Z[:]=X+Y
print(id(Z))
2255358553200
2255358553200

import torch
X=torch.zeros(3,2)
Y=torch.ones(3,2)
before=id(X)
X+=Y
print(before==id(X))
True

import torch
X=torch.zeros(2,4,1)
Y=torch.ones(2,4,4)
Y[:]=X+Y
print(Y)
tensor([[[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.]],[[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.],[1., 1., 1., 1.]]])

print(type(A),type(B))

作用：查看数据的数据类型

import torch
X=torch.ones(3,4)
A=X.numpy()
B=torch.tensor(A)
print(type(A),type(B))
print(A)
<class 'numpy.ndarray'> <class 'torch.Tensor'>
[[1. 1. 1. 1.][1. 1. 1. 1.][1. 1. 1. 1.]]

print(a,a.item(),int(a),float(a))

作用：数据类型的强制转换

import torch
a=torch.tensor([3.3])
print(a,a.item(),int(a),float(a))
tensor([3.3000]) 3.299999952316284 3 3.299999952316284

print(len(x))

作用：查看张量的长度

import torch
x=torch.arange(4)
print(x)
print(len(x))
print(x.shape)

B=A.T

作用：将张量进行转置

import torch
A=torch.arange(20).reshape(4,5)
print(A)
print(A[1,1])
B=A.T
print(B)
print(B.shape)

A=torch.arange(20).reshape(5,4)
print(A)
print(A.T)
print(A.T.T)
B=torch.arange(30).reshape(5,4)
print(A.T+B.T==(A+B).T)

B=A.clone()

作用：对张量A进行克隆

import torch
A=torch.arange(24).reshape(2,3,4)
B=A.clone()
print(A)
C=A*B
print(C)

print(A.sum(axis=[0,1])

作用：axis=0代表列，axis=1代表行

import torch
A=torch.arange(20,dtype=torch.float32).reshape(5,4)
print(A.shape)
print(A.sum())
print(A.sum(axis=0))
print(A)
print(A.shape)
print(A.sum(axis=1))
print(A.sum(axis=[0,1]))
print(A.numel())
print(A.mean(),A.sum()/A.numel())
print(A.shape[0])
print(A.mean(axis=0),A.sum(axis=0)/A.shape[0])

import torch
A=torch.arange(24).reshape(2,3,4)
print(A.sum(axis=0))
print(A.sum(axis=1))
print(A.sum(axis=2))
print(A)

print(A.cumsum(axis=0))

作用：列中的值，等于列中这个位置的值加上此列中这个位置上面的所有的值

import torch
A=torch.arange(20,dtype=torch.float32).reshape(5,4)
sum=A.sum(axis=1,keepdims=True)
print(sum)
print(A/sum)
print(A.cumsum(axis=0))
print(A)
tensor([[ 6.],[22.],[38.],[54.],[70.]])
tensor([[0.0000, 0.1667, 0.3333, 0.5000],[0.1818, 0.2273, 0.2727, 0.3182],[0.2105, 0.2368, 0.2632, 0.2895],[0.2222, 0.2407, 0.2593, 0.2778],[0.2286, 0.2429, 0.2571, 0.2714]])
tensor([[ 0.,  1.,  2.,  3.],[ 4.,  6.,  8., 10.],[12., 15., 18., 21.],[24., 28., 32., 36.],[40., 45., 50., 55.]])
tensor([[ 0.,  1.,  2.,  3.],[ 4.,  5.,  6.,  7.],[ 8.,  9., 10., 11.],[12., 13., 14., 15.],[16., 17., 18., 19.]])

z=x*y 张量的乘法

作用：张量中对应位置的元素相乘

import torch
x=torch.arange(20).reshape(4,5)
y=torch.arange(20).reshape(4,5)
z=x*y
print(z)
tensor([[  0,   1,   4,   9,  16],[ 25,  36,  49,  64,  81],[100, 121, 144, 169, 196],[225, 256, 289, 324, 361]])

y=torch.mv(A,x)

作用：矩阵和向量相乘，矩阵的行乘以向量的列并相加

import torch
x=torch.arange(4,dtype=torch.float32)
A=torch.arange(20,dtype=torch.float32).reshape(5,4)
print(x.shape,A.shape)
y=torch.mv(A,x)
print(y)
torch.Size([4]) torch.Size([5, 4])
tensor([ 14.,  38.,  62.,  86., 110.])

np.linalg.norm(A)

作用：用于求张量的范数，默认求的是二范数

import torch
import numpy as np
A=torch.arange(24).reshape(2,3,4)
print(np.linalg.norm(A))

附录

关于文中提到的张量
在文中我提到的张量可以是众所周知的一维数组，也可以使二维数组（矩阵），但是三维、四维数组很难用特有的名词来展示，这里对一维、二维、三维、、、等统称为张量。当读到张量时我们需要根据上下文的代码自行推断。
关于文中引用到的链接
在文中引用到的链接，均是上下文中代码知识的拓展，