【机器学习】《机器学习建模基础》笔记

04-27 6617阅读 0评论

文章目录

  • 单元0 前言
  • 单元1 数学建模与机器学习
    • 学习目标
    • (一)什么是模型
    • (二)数学模型的分类
    • (三)数学建模的一般步骤
    • (四)机器学习的概念
    • (五)机器学习的分类
    • (六)机器学习的算法
    • (七)机器学习的步骤
    • (八)机器学习三要素
    • 单元2 Python安装和编程基础
      • 学习目标
      • (一)Python支持许多机器学习工具库
      • (二)Anaconda
      • (三)Jupyter Notebook
      • (四)PyCharm
      • (五)安装
      • (六)基本数据类型
      • (七)流程控制语句
      • (八)习题:输入年月日,判断这一天是这一年的第几天
      • 单元3 Python常用工具包
        • 学习目标
        • (一)NumPy
          • 1、查看数组的数据类型使用dtype
          • 2、特定函数创建规则型数组
          • 3、数组的运算
          • 4、数组索引与切片
          • 5、数组的矩阵操作
          • 6、数组的形状操作
          • 7、NumPy数组的统计分析功能
          • 8、案例1:简单房价预测(使用NumPy矩阵计算拟合房价)
          • 9、案例2:使用NumPy随机数设计猜数游戏
          • (二)Pandas
            • 1、序列Series

              【我选择这本书的理由】

              这本书比较简单,案例是常见的经典案例,算法也是最基本的。还有就是数据集比较好获取,有些甚至是三方包里面自带的。

              感觉对初学者比较友好。

              【说明】

              本笔记的结构框架与书中内容并不完全一致,依据个人兴趣及理解等做了筛选。有些知识点并不连贯,只是按条进行简单记录。

              前面理论比较多,虽然简单基础,但我觉得还是有必要梳理一下,让思路更清晰。

              单元2开始有代码,单元5开始才有案例。

              单元0 前言

              作者给出教学建议:共64学时,也就是说,一个星期就能学完啦~

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第1张

              单元1 数学建模与机器学习

              学习目标

              【知识目标】

              1、掌握数学模型的概念和建模步骤

              2、了解机器学习的概念和算法

              【能力目标】

              能够对常见问题进行简单的数学建模

              (一)什么是模型

              1、模型是相对于原型而言的。

              所谓原型,就是客观世界中存在的现实对象、实际问题、研究对象和系统。

              而模型是根据实物按比例、生态或其他特征制成的与实物相似的一种物体,模型是原型的替代品。

              2、模型分为物理模型和数学模型。

              物理模型是指对原型按照保留主要特征、设计次要特征……比如飞机模型、火箭模型……(不写了哈,就是乐高好吧。。反正物理模型与机器学习无关)

              数学模型是用数学语言对原型进行表示的数学公式、图形或算法等形式,它是真是系统的一种抽象。

              数学模型是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。

              一般来说,数学模型是指用字母、数字和其他数学符号构成的等式或不等式,或用图表、图像、框图、数理逻辑等来描述系统的特征及其内部或与外部联系的模型。

              数学模型的理解示意图:

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第2张

              假设输入数据是x,输出结果是y,那中间的模型就是一个x和y之间的方程,当然,这只是一种片面的解释,但有助于理解模型是什么。

              3、模型由结构和参数两部分构成。结构一般是根据人的理解和对事物的认识而选择或创建的,参数是通过算法根据样本数据逐步确定的,确定参数的过程叫做训练。

              我的理解结构就是选择什么模型;不同的模型结构不一样,里面的x、y以及方程的解(也就是参数)就不同。

              4、机器学习算法中的深度学习,实际上就是增加了结点(又称为算子,代表一个操作,一般用来表示施加的数字运算,也可以表示数据输入的起点以及输出的终点)的层数和个数,从而增加了模型的复杂度。

              (二)数学模型的分类

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第3张

              这里了解即可。我感觉说的不是很对,黑白灰箱那里。等学习深入以后再验证吧。反正这里不是重要的知识点。

              为什么不用脑图?不喜欢看,乱。。

              (三)数学建模的一般步骤

              数学建模:问题定义 ==> 数学模型 的过程。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第4张

              懒得自己画了,直接上图片。

              【第1步】模型准备

              了解问题的实际背景,明确建模目的 ==> 搜集必需的信息(如数据)=> 尽量弄清研究对象的主要特征

              【第2步】模型假设

              根据对象的特征和建模目的,抓住问题本质,忽略次要因素 => 对问题进行必要的、合理的简化假设

              【第3步】模型构成

              根据所做的假设,用数学语言、符号描述对象的内在规律,建立包含常量、变量等的数学模型,如优化模型、微分方程模型等。

              建立数学模型是为了让更多人明了并加以应用,因此尽量采用简单的数学工具。

              【第4步】模型求解

              可以采用解方程、画图形、优化方法、逻辑运算、数值运算等各种传统的和近代的数学方法,特别是数学软件和计算机技术。

              【第5步】模型分析

              对结果进行分析,如结果的误差分析、统计分析、模型对数据的灵敏性分析、对假设的强健性分析等。

              【第6步】模型检验

              将求解和分析结果返回到实际问题,与实际的现象、数据比较,检验模型的合理性和适用性。

              如果结果与实际不符,问题常常出现在模型假设上,应该修改、补充假设,重新建模(图中虚线部分)。

              直到检验结果获得某种程度上的满意为止。

              【第7步】模型应用

              用建立的模型解决实际问题。

              (四)机器学习的概念

              1、人工智能的应用范围包括计算机科学、金融贸易、医疗、交通、农业、服务业等行业。

              其中,机器学习是解决人工智能问题的主要技术,在人工智能体系中处于基础与核心的地位。它广泛应用与机器视觉、语音识别、自然语言处理、数据挖掘等领域。

              2、通俗来讲,机器学习是让计算机通过模拟人类的学习行为,来获取新的知识和技能,重新组织已有的知识结构,以不断改善自身智能。(这个说法我不喜欢……感觉又笼统又不准确)

              比如在无人驾驶汽车系统中,机器学习的任务是根据路况确定驾驶方式,遇到红灯时刹车、遇到行人时避让,学习的效果用事故发生概率度量。经验就是人类大量的驾驶数据。从这些数据中,机器学习算法能提取出各种路况下人类正确的驾驶方式,从而在无人驾驶模式下根据学习的驾驶方式来操纵汽车。

              ==>机器学习是对已知的样本数据(或称为经验数据)加以提炼,用数学模型完成对数据进行预测和决策的任务。

              在机器学习中,用于学习的样本数据称为训练数据,完成任务的方法称为模型。

              3、机器学习应用

              停车场出入口的车牌识别、电商网站的商品推荐、新闻头条的新闻推荐、人脸识别、语音输入、人机对弈等。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第5张

              (五)机器学习的分类

              按训练方式不同,分为监督学习、无监督学习和强化学习。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第6张

              1、监督学习:监督学习的样本数据都带有相应的特征组和标签。监督学习的任务就是根据对象的特征组对标签的取值进行预测推断。

              根据样本数据所带标签值的特性,可以将监督学习分为两类:

              1)分类问题:标签只取有限个可能值,如垃圾邮件识别。

              2)回归问题:标签取值于某个区间的连续实数,如房价预测问题。

              2、无监督学习:无监督学习的样本数据不含标签。学习的任务通常是对数据本身的模式进行识别与分类。

              无监督学习的典型代表:

              1)聚类问题:聚类问题与监督学习中的分类问题类似,也是将数据按模式归类,只不过聚类问题中的类别是未知的,分类问题的类别是已知的。如个性化新闻推送。

              2)降维问题:在机器学习中,每个样本的特征组可以用一个向量表示。在许多应用中特征组维度相当高,甚至达到百万级。众多的特征增加了求解问题的难度,因此需要考虑对特征组进行降维处理,即用低维度的向量表示原始的高维特征。

              3、强化学习:比如训练小狗坐这个动作,当小狗动作正确时,给它一把狗粮作为奖励,当它的动作错误时就不给狗粮奖励。那么时间一长,小狗就学会了坐这个动作,这个想学习过程就是强化学习。

              强化学习的任务是根据对环境的探索制定应对环境变化的策略。其机制是动作发生后观察结果,根据上一个结果做出下一个动作。

              它模拟了生物探索环境与积累经验的过程。

              应用:博弈策略、无人驾驶、机器人控制等诸多前沿人工智能领域。

              (六)机器学习的算法

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第7张

              (七)机器学习的步骤

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第8张

              1、问题抽象:现实问题抽象成数学问题。

              具体:明确可以获得什么样的数据,目标是一个分类、回归还是聚类问题。如果都不是的话,是否可以将其归类为其中的某类问题。

              2、获取数据

              包括获取原始数据、从原始数据中经过特征工程提取训练数据、测试数据。

              3、特征工程

              包括从原始数据中进行特征构建、特征提取、特征选择。

              4、模型训练、诊断、调优

              模型诊断中至关重要的是判断过拟合、欠拟合,常见的方法是绘制学习曲线,交叉验证。

              增加训练的数据量、降低模型复杂度 ==> 降低过拟合

              提高特征的数量和质量、增加模型复杂度 = => 防止欠拟合

              5、模型验证、误差分析

              通过测试数据,验证模型的有效性,观察误差样本,分析误差产生的原因,往往能找到提升算法性能的突破点。

              6、模型融合

              提升算法的准确度,主要方法是将多个模型进行融合。

              在机器学习比赛中,模型融合非常常见,基本都能使得模型效果有一定的提升。

              7、上线运行

              模型在线上运行的效果直接决定模型的成败。

              不仅包括模型的准确程度、误差等情况,还包括运行的速度、资源的消耗程度、稳定性是否可接受。

              (八)机器学习三要素

              数据、算法、模型。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第9张

              1、数据

              2、算法:指的是线性回归、逻辑回归、朴素贝叶斯、支持向量机等算法。

              从本质上说,这些算法都是由一些公式组成的。

              比如一元线性回归方程y=ax+b就是线性回归最简单的形式。在这个公式中,x、y分别是自变量和因变量,在训练模型时输入训练数据实际上就是输入这些变量,然后通过计算将参数a、b计算出来,这样模型就训练好了。如果a=2,b=1,那么模型就是y=2x+1,利用这个模型就可以实现基本的预测功能了,而生成这个模型的过程就是数据建模的过程。现在有一个新的数据点(5,y),将x=5输入这个模型预测出y,结果是11。

              点评:这个例子非常好,虽然简单,却也直观的告诉初学者,所谓算法,其实就是一个公式,或者一些公式的组合。

              我们通过大量的x、y、z…等等变量(也就是训练集里面的特征值、目标值),计算出公式里面的系数a、b、c、d…等(也就是参数),然后把这些参数套到x、y、z的公式里面,就得到了模型结果(就是训练出来的模型),也就是一个系数是已知常数公式或者一些公式的组合。

              然后我们用自变量(假设x、y是自变量,z是因变量)x、y套入到刚才算好a、b、c、d等系数的这个 公式/公式组合 里面,得到新的因变量z的值,看看与实际的z值接不接近(这个过程就是测试模型)。

              3、模型:概括来说,模型是一个从输入到输出的函数,算法则是利用样本生成模型的方法,学习(也可称为训练)则是利用样本通过算法生成模型的过程。

              算法和模型的区别是什么啊? 我理解的是,这个公式里面系数的求解过程是算法。当系数求出来了,公式也就确定下来了,然后这个模型也就确定了。 算法就是求解公式/函数的过程,模型就是求出来的这个公式/函数。 比如我们要做一个公式,先加10再减5再取绝对值,这个加、减、取绝对值,都是算法,最后我们通过这个算法组合,得到一个或几个公式,这个结果(一个或几个公式)就是模型。 (不知道我理解的对不对)

              单元2 Python安装和编程基础

              目前人工智能相关的程序通常使用python来编写的,原因?

              1、python是一门解释型脚本语言,入门简单、易上手。

              2、phthon开发效率高,有非常强大的第三方库,基本上可以实现计算机能实现的任何功能。在这些库的基础上进行开发,可以大大降低开发周期。==>站在巨人肩膀上

              学习目标

              【知识目标】

              1、掌握python软件的安装方法

              2、掌握python编程基础语法

              【能力目标】

              1、能够独立安装python软件和用到的工具包

              2、能够使用Jupyter Notebook或PyCharm编写案例的代码

              (一)Python支持许多机器学习工具库

              例如:

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第10张

              (二)Anaconda

              1、Anaconda是Python的一个集成管理工具,它把Python中有关数据计算分析的包都集成在一起,里面包含了720多个数据科学相关的开源包,在数据可视化、机器学习、深度学习等方面都有涉及。

              2、它同时也是个环境管理器,解决了多版本Python并存、切换的问题。

              3、还有个巨大优势:即,有偏数据分析风格的Spyder集成环境以及交互很好的Jupyter Notebook应用。

              ==> Anaconda优点总结:省时省心、分析利器

              (三)Jupyter Notebook

              本质是一个Web应用程序,便于创建和共享文字化程序文档,支持实时代码、数学方程、可视化和Markdown。

              【优点】

              1、极其适合数据分析:运行即可在cell下得到结果。

              2、支持多语言:只要安装对应程序语言的核(kernel),就可使用该语言。

              3、分享便捷:支持以网页的形式分享,也支持导出成HTML、Markdown、PDF等多种格式的文档。

              4、远程运行:在任何地点都可以通过网络连接远程服务器来实现运算。

              5、交互式展现:不仅可以输出图片、视频、数学公式,还可以呈现一些互动的可视化内容,需要交互式插件(Interactive Widgets)来支持。

              【缺点】

              1、不太适合做工程。

              2、不方便调试。

              (四)PyCharm

              带有一整套可以帮助用户在使用Python语言开发时提高效率的工具。

              如:调试、语法高亮、Project管理、代码跳转、智能提示、自动完成、单元测试、版本控制等。

              此外,该IDE还提供了一些高级功能,以用于支持Django框架下的专业Web开发。

              IDE,全称“Integrated Development Environment”,中文意思为“集成开发环境”。 集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。 IDE一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具,可以独立运行,也可以和其它程序并用。 常见的IDE如微软的Visual Studio系列、Borland的C++ Builder、Delphi系列等。

              (五)安装

              书中演示了Python、Anaconda、PyCharm、Jupyter Notebook,挤一挤Python扩展包的安装方法和安装过程。略。

              关于Anaconda的安装可参考本人另一篇博客:

              【机器学习】anaconda安装过程

              【安装python扩展包】有三种方法

              1、直接复制

              针对单文件模块,可直接把文件复制到Python安装目录下的Lib文件夹下($python_dir/Lib)

              2、使用pip工具

              3、使用源文件

              在Github上下载对应的压缩包,解压缩之后,文件夹下会有个setup.py文件,从命令行窗口进入该文件夹,输入命令:

              python setup.py install
              

              即可完成扩展包安装。

              (六)基本数据类型

              Python有5个标准的数据类型:Numbers(数字)、Sting(字符串)、List(列表)、Tuple(元组)、Dictionary(字典)。

              可以用type()查看变量类型。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第11张

              1、Numbers(数字)

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第12张

              2、String(字符串)

              1)Python中可以使用单引号、双引号、或者三个引号来创建字符串。

              2)字符串切片:可以使用变量[头下标:尾下标:步长]来截取相应的字符串。其中,默认步长为1,同时默认头下标为0、尾下标为字符串长度。

              我理解这里所说的下标,是索引?

              当步长为负数时,默认头下标为字符串长度-1,且默认尾下标为none(尾下标不是0,否则不包含第0个字符;尾下标也不是-1,否则指的是最后一个字符)。

              ==>当步长为负数的时候,就是倒着来。从后往前截取。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第13张

              s = 'I love python'
              s[2:4]
              # 取下标为偶数的字符 # 下标为0,2,4,……
              s1 = '''hello,        
              my dear''' 
              s1[::2]
              # 取字符串逆序
              s2 = '''hello,        
              my dear''' 
              s2[::-1]
              # 求字符串长度
              s3 = '''hello,        
              my dear'''
              len(s3)
              

              3、List(列表)

              把都好风格的不同数据项用方括号括起来即是列表。其数据项不需要具有相同的类型,切片操作和字符串一致。

              【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第14张

              【常用的列表操作方法】

              • list.append(obj):在列表末尾添加新的对象
              • list.extend(other_list):在列表末尾一次性追加另一个序列中的多个值(用新列表扩展原来的列表)
              • list.index(obj):从列表中找出某个对象第一次匹配的索引位置
              • list.insert(index, obj):将对象插入列表中的指定位置
              • list.pop(obj=list[-1]):移除列表中的一个元素(默认最后一个元素),并且返回该元素的值
              • list.remove(obj):移除列表中某个值的第一个匹配项
              • list.sort([func]):对原列表进行排序 【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第15张

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第16张

                列表里面,虽然可以有各种数据类型,但排序的时候要注意他们是否可以直接比较大小。

                4、Tupple(元组)

                一般情况下,用小括号将逗号分隔的不同数据项括起来即为元组,但是小括号可以省略。

                可以将元组看作特殊的列表,因为元组不能进行修改。

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第17张

                5、Dictionary(字典)

                字典由键和对应值成对组成,每个键与值用冒号“:”隔开,每对用逗号分隔,整体放在花括号“{}”中。

                字典也被称作关联数组或哈希表。

                1)键必须独一无二,值不必

                2)只可以是任意数据类型,但必须是不可变的,也就是只能是字符串、数值或元组。

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第18张

                (七)流程控制语句

                编程语言中的流程控制语句分为顺序语句、分支语句和循环语句。

                1、顺序语句:不需要单独的关键字来控制,就是逐行执行。

                2、条件分支语句是通过判断条件的执行结果(true/false)来决定执行哪个分支的代码块,当判断结果为true则执行true分支的语句,否则执行false分支的语句(可以没有false分支语句)。

                3、循环语句:用于多次执行一个代码语言或代码块,Python中提供for循环和while循环。

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第19张

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第20张【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第21张

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第22张

                (八)习题:输入年月日,判断这一天是这一年的第几天

                (代码来自文心一言)

                def is_leap_year(year):  
                    """判断是否是闰年"""  
                    return (year % 4 == 0 and year % 100 != 0) or (year % 400 == 0) 
                # 判断是否是闰年,是返回True,不是返回False。 
                  
                def day_of_year(year, month, day):  
                    """计算这一天是一年中的第几天"""  
                    month_days = [31, 28 + is_leap_year(year), 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]  
                    return sum(month_days[:month - 1]) + day  
                # 2月份的天数28与True相加等于29,与False相加等于28.
                # 返回值是输入月份的上一个月对应的列表里面元素之和(也就是截止到上个月的天数),再加上输入的“日”(也就是当月的天数)。
                  
                # 示例使用  
                year = int(input("请输入年份: "))  
                month = int(input("请输入月份: "))  
                day = int(input("请输入日期: "))  
                  
                # 调用函数并打印结果  
                day_number = day_of_year(year, month, day)  
                print(f"{year}年{month}月{day}日是一年中的第{day_number}天")
                

                单元3 Python常用工具包

                学习目标

                【知识目标】

                1、掌握NumPy库中数组的运算、随机数处理和数据统计分析方法

                2、掌握Pandas库中Series序列和DataFrame数据框的使用方法

                3、掌握Matplotlib库中散点图、曲线图、直方图、柱状图、饼图等的绘制方法

                4、学习Sklearn中数据集、算法的调用方法

                【能力目标】

                1、能够调用NumPy库方法对模型数据进行计算处理

                2、能够使用Series序列和DataFrame对模型数据进行统计分析

                3、能够调用Matplotlib库设计绘图布局,进行图形绘制

                4、能够调用Sklearn中机器学习算法进行模型训练和数据预测

                (一)NumPy

                1、NumPy是Numerical Python的缩写。

                2、提供了快速计算数组的例程,包括数学运算、逻辑运算、形状操作、排序、选择、I/O、离散傅里叶变换、基本线性代数、基本统计运算、随机模拟等。

                3、NumPy的核心是数组(arrays),具体来说是多维数组(n-dimensional arrays)。

                NumPy就是对这些数组进行创建、删除、运算等操作的一个程序包。

                1、查看数组的数据类型使用dtype

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第23张

                NumPy中最常用的数据类型是bool、int32、int64、float16、float32等。

                2、特定函数创建规则型数组

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第24张

                3、数组的运算

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第25张

                4、数组索引与切片

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第26张

                5、数组的矩阵操作

                用mat()函数创建矩阵,dot()函数进行矩阵相乘,X.T表示矩阵X的转置。

                NumPy线性代数库linalg中的inv函数可用于方阵求逆。

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第27张

                在NumPy中,np.mat()创建的矩阵Matrix必须是二维的,但是np.array()可以是多维的,Matrix是arrays的一个分支,包含于arrays。所以矩阵拥有数组的所有特性。

                6、数组的形状操作

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第28张

                7、NumPy数组的统计分析功能

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第29张

                对二位数组来说,既可以对所有元素进行求和等统计,也可以对列或行进行统计,此时就需要额外再设置一个参数axis,表示按照第几个维度进行计算。

                【机器学习】《机器学习建模基础》笔记 第30张

                8、案例1:简单房价预测(使用NumPy矩阵计算拟合房价)

                使用NumPy矩阵计算拟合房价

                # 案例来自《机器学习建模基础》机械工业出版社
                ## 案例1 简单房价预测
                # 给出房屋面积及售价,求出模型(也就是公式)。模型/公式确定后,可利用它做下一步的预测。
                # 思路:
                # 房价预测问题属于典型的回归模型的求解问题。
                # 可以列出个样本点的售价组成的向量y、房子面积组成的矩阵X以及函数的参数向量θ,它们之间的关系为y=Xθ,求解参数的公式为θ=(XTX)-1XTy (这里的-1和T都应该在右上角的)
                # 在本案例中,y=[100, 120,117, 125],每个样本的特征是房子面积,特征向量是x=(1,房子面积),所以矩阵X=[[1,100], [1,150], [1,130], [1,160]],参数向量θ=[θ0, θ1] (这里的0、1是右下角).
                import pandas as pd  
                import numpy as np
                import matplotlib.pyplot as plt
                  
                # 创建一个字典,其中键是列名(标题),值是列的数据  
                data = {  
                    '面积/m³': [100, 150, 130, 160],  
                    '售价/万元': [100, 120, 117, 125]  
                    # '城市': ['北京', '上海', '深圳']  
                }  
                print('data:', data)
                # 使用字典创建DataFrame  
                df = pd.DataFrame(data)  
                  
                # 显示DataFrame  
                print('df:\n', df)
                # print(df)
                X = np.array([[1,100], [1,150], [1,130], [1,160]]) # 由样本数据的房屋面积生成的X数组
                y = np.array([100, 120,117, 125]) # 由样本数据的房价生成的y数组
                a = np.linalg.inv(np.dot(X.T, X)) # 求出X转置乘以X,然后求逆
                b = np.dot(a, X.T) # 然后再乘以X转置
                theta = np.dot(b, y) # 求出参数theta
                print('theta:', theta)
                plt.plot(X[:,1], y, 'bo') # 绘制样本点数据
                x = np.linspace(50, 200, 100)
                f = theta[0] + theta[1] * x
                plt.plot(x, f, 'r')
                plt.show()
                # 可见房价模型的参数θ0和θ1分别是61.5和0.4,所以房价模型的数据表达式就是y=61.5+0.4x,利用这个模型就可以通过新的房屋样本的房屋面积来预测房价。
                

                9、案例2:使用NumPy随机数设计猜数游戏

                (1)生成随机浮点数和整数

                print(np.random.rand(3,2)) # 参数3,2用于构建矩阵大小
                print(np.random.randint(10,size=(5,4))) # 返回[1,10)间的随机整数,构成5行4列数组
                print(np.random.rand()) # 返回一个随机值
                print(np.random.randint(0,10,3)) # 返回{0,10)之间的3个随机数
                

                (2)有时候我们进行随机操作,希望每次的随机结果相同,怎么办呢?

                主要指定随机种子就可以。

                常用的函数:

                np.random.seed(100) # 种子设成100
                print(np.random.rand(3,2))
                

                这里每次都把种子设置成100,说明随机策略相同,无论执行多少次随即操作,结果都是相同的。

                不同的种子结果不同。

                (3)生成服从正态分布的随机值

                1)np.random.randn(d0,d1,d2,…,dn)可以返回一个或一组服从正态分布的随机样本值。

                标准正态分布是以0为均数、以1为标准差的正态分布,记为N(0,1)。

                2)当没有参数时,返回一个浮点数。

                当有多个参数时,返回一个对应维度的多维数组。如np.random.randn(2,3)返回一个2行3列的数组。

                print(np.random.randn())
                print(np.random.randn(2,3))
                

                (4)使用NumPy随机数设计猜数游戏

                realNumber = np.random.randint(1,20) # 生成1到20之间的随机整数
                for i in range(3): # 给三次机会
                    guessNumber = int(input('请输入你猜的数:')) # 读入用户猜的数
                    if guessNumber  realNumber:
                        print('猜大了!')
                    else:
                        print('恭喜你,猜对了!')
                        break
                

                (二)Pandas

                (1)Pandas是Python Data Analysis Library的简称,意为“Python数据分析库”。它是基于NumPy构建的。

                Pandas用来分析结构化数据,其功能强大且提供了高级数据结构和数据操作工具。

                (2)Pandas包含了数据读取、清洗、分析、矩阵运算以及数据挖掘等功能,最初用于金融数据分析,因其功能强大而应用日益广泛,成为许多数据分析的基础工具。

                1、序列Series

                (1)在Pandas中有两类重要的数据结构:序列(Series)和数据框(DataFrame)。

                (2)Series类似于NumPy中的一维数组,并且其中每个数据对应一个索引值,可以使用一维数组中的函数或方法,也可以通过索引标签的方式获取数据,而且具有索引的自动对齐功能。

                # 通过一维数组的方式创建Series
                import numpy as np
                import pandas as pd
                s = pd.Series(np.arange(3)) # 通过NumPy数组的方式创建序列
                print(s)
                ls = [3,5,7]
                t = pd.Series(ls) # 通过python列表的方式创建序列
                print(t)
                # 这里没有指定索引,所以索引都是从0开始。
                # 当然也可以指定索引值
                ls = [3,5,7]
                t = pd.Series(ls)
                t.index = ['a','b','c']
                print(t)
                

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