演算法python代碼已經有了,python完數的編程代碼

本文目錄一覽：

• 1、如何利用python語言實現機器學習演算法
• 2、有了Python 是不是不需要學數據結構，演算法了
• 3、python中有哪些簡單的演算法？
• 4、用python K值聚類識別圖片主要顏色的程序，演算法python代碼已經有了
• 5、從零開始用Python構建神經網路

如何利用python語言實現機器學習演算法

基於以下三個原因，我們選擇Python作為實現機器學習演算法的編程語言：(一) Python的語法清晰；(二) 易於操作純文本文件；(三) 使用廣泛，存在大量的開發文檔。 可執行偽代碼 Python具有清晰的語法結構，大家也把它稱作可執行偽代碼（executable pseudo-code）。默認安裝的Python開發環境已經附帶了很多高級數據類型，如列表、元組、字典、集合、隊列等，無需進一步編程就可以使用這些數據類型的操作。使用這些數據類型使得實現抽象的數學概念非常簡單。此外，讀者還可以使用自己熟悉的編程風格，如面向對象編程、面向過程編程、或者函數式編程。不熟悉Python的讀者可以參閱附錄A，該附錄詳細介紹了Python語言、Python使用的數據類型以及安裝指南。 Python語言處理和操作文本文件非常簡單，非常易於處理非數值型數據。Python語言提供了豐富的正則表達式函數以及很多訪問Web頁面的函數庫，使得從HTML中提取數據變得非常簡單直觀。 Python比較流行 Python語言使用廣泛，代碼範例也很多，便於讀者快速學習和掌握。此外，在開發實際應用程序時，也可以利用豐富的模塊庫縮短開發周期。 在科學和金融領域，Python語言得到了廣泛應用。SciPy和NumPy等許多科學函數庫都實現了向量和矩陣操作，這些函數庫增加了代碼的可讀性，學過線性代數的人都可以看懂代碼的實際功能。另外，科學函數庫SciPy和NumPy使用底層語言（C和Fortran）編寫，提高了相關應用程序的計算性能。本書將大量使用Python的NumPy。 Python的科學工具可以與繪圖工具Matplotlib協同工作。Matplotlib可以繪製二D、三D圖形，也可以處理科學研究中經常使用到的圖形，所以本書也將大量使用Matplotlib。 Python開發環境還提供了互動式shell環境，允許用戶開發程序時查看和檢測程序內容。 Python開發環境將來還會集成Pylab模塊，它將NumPy、SciPy和Matplotlib合併為一個開發環境。在本書寫作時，Pylab還沒有併入Python環境，但是不遠的將來我們肯定可以在Python開發環境找到它。 Python語言的特色 諸如MATLAB和Mathematica等高級程序語言也允許用戶執行矩陣操作，MATLAB甚至還有許多內嵌的特徵可以輕鬆地構造機器學習應用，而且MATLAB的運算速度也很快。然而MATLAB的不足之處是軟體費用太高，單個軟體授權就要花費數千美元。雖然也有適合MATLAB的第三方插件，但是沒有一個有影響力的大型開源項目。 Java和C等強類型程序設計語言也有矩陣數學庫，然而對於這些程序設計語言來說，最大的問題是即使完成簡單的操作也要編寫大量的代碼。程序員首先需要定義變數的類型，對於Java來說，每次封裝屬性時還需要實現getter和setter方法。另外還要記著實現子類，即使並不想使用子類，也必須實現子類方法。為了完成一個簡單的工作，我們必須花費大量時間編寫了很多無用冗長的代碼。Python語言則與Java和C完全不同，它清晰簡練，而且易於理解，即使不是編程人員也能夠理解程序的含義，而Java和C對於非編程人員則像天書一樣難於理解。 所有人在小學二年級已經學會了寫作，然而大多數人必須從事其他更重要的工作。 ——鮑比·奈特 也許某一天，我們可以在這句話中將「寫作」替代為「編寫代碼」，雖然有些人對於編寫代碼很感興趣，但是對於大多數人來說，編程僅是完成其他任務的工具而已。Python語言是高級編程語言，我們可以花費更多的時間處理數據的內在含義，而無須花費太多精力解決計算機如何得到數據結果。Python語言使得我們很容易表達自己的目的。 Python語言的缺點 Python語言唯一的不足是性能問題。Python程序運行的效率不如Java或者C代碼高，但是我們可以使用Python調用C編譯的代碼。這樣，我們就可以同時利用C和Python的優點，逐步地開發機器學習應用程序。我們可以首先使用Python編寫實驗程序，如果進一步想要在產品中實現機器學習，轉換成C代碼也不困難。如果程序是按照模塊化原則組織的，我們可以先構造可運行的Python程序，然後再逐步使用C代碼替換核心代碼以改進程序的性能。C++ Boost庫就適合完成這個任務，其他類似於Cython和PyPy的工具也可以編寫強類型的Python代碼，改進一般Python程序的性能。 如果程序的演算法或者思想有缺陷，則無論程序的性能如何，都無法得到正確的結果。如果解決問題的思想存在問題，那麼單純通過提高程序的運行效率，擴展用戶規模都無法解決這個核心問題。從這個角度來看，Python快速實現系統的優勢就更加明顯了，我們可以快速地檢驗演算法或者思想是否正確，如果需要，再進一步優化代碼

有了Python 是不是不需要學數據結構，演算法了

這要看你使用Python的目的是什麼。

如果你是使用Python進行一些簡單的計算那可能不需要。Python裡面一些內置的函數比如，sorted實現了排序演算法，讓寫程序方便了很多。

但是如果要解決一些更複雜問題，程序還是需要自己來實現，需要根據問題對經典的演算法進行少許修改。比如樹的搜索、樹的遍歷都仍然需要自己動手來寫的。

python中有哪些簡單的演算法？

1、插入排序

插入排序的基本操作就是將一個數據插入到已經排好序的有序數據中，從而得到一個新的、個數加一的有序數據，演算法適用於少量數據的排序，時間複雜度為O(n^2)。是穩定的排序方法。插入演算法把要排序的數組分成兩部分：第一部分包含了這個數組的所有元素，但將最後一個元素除外(讓數組多一個空間才有插入的位置)，而第二部分就只包含這一個元素(即待插入元素)。在第一部分排序完成後，再將這個最後元素插入到已排好序的第一部分中。

2、希爾排序

希爾排序(Shell Sort)是插入排序的一種。也稱縮小增量排序，是直接插入排序演算法的一種更高效的改進版本。希爾排序是非穩定排序演算法。該方法因DL．Shell於1959年提出而得名。 希爾排序是把記錄按下標的一定增量分組，對每組使用直接插入排序演算法排序；隨著增量逐漸減少，每組包含的關鍵詞越來越多，當增量減至1時，整個文件恰被分成一組，演算法便終止。

3、冒泡排序

它重複地走訪過要排序的數列，一次比較兩個元素，如果他們的順序錯誤就把他們交換過來。走訪數列的工作是重複地進行直到沒有再需要交換，也就是說該數列已經排序完成。

4、快速排序

通過一趟排序將要排序的數據分割成獨立的兩部分，其中一部分的所有數據都比另外一部分的所有數據都要小，然後再按此方法對這兩部分數據分別進行快速排序，整個排序過程可以遞歸進行，以此達到整個數據變成有序序列。

5、直接選擇排序

基本思想：第1趟，在待排序記錄r1 ~ r[n]中選出最小的記錄，將它與r1交換；第2趟，在待排序記錄r2 ~ r[n]中選出最小的記錄，將它與r2交換；以此類推，第i趟在待排序記錄r[i] ~ r[n]中選出最小的記錄，將它與r[i]交換，使有序序列不斷增長直到全部排序完畢。

6、堆排序

堆排序(Heapsort)是指利用堆積樹(堆)這種數據結構所設計的一種排序演算法，它是選擇排序的一種。可以利用數組的特點快速定位指定索引的元素。堆分為大根堆和小根堆，是完全二叉樹。大根堆的要求是每個節點的值都不大於其父節點的值，即A[PARENT[i]] = A[i]。在數組的非降序排序中，需要使用的就是大根堆，因為根據大根堆的要求可知，最大的值一定在堆頂。

7、歸併排序

歸併排序是建立在歸併操作上的一種有效的排序演算法,該演算法是採用分治法(Divide and Conquer)的一個非常典型的應用。將已有序的子序列合併，得到完全有序的序列；即先使每個子序列有序，再使子序列段間有序。若將兩個有序表合併成一個有序表，稱為二路歸併。

8、基數排序

基數排序(radix sort)屬於「分配式排序」(distribution sort)，又稱「桶子法」(bucket sort)或bin sort，顧名思義，它是透過鍵值的部分資訊，將要排序的元素分配至某些「桶」中，藉以達到排序的作用，基數排序法是屬於穩定性的排序，其時間複雜度為O (nlog(r)m)，其中r為所採取的基數，而m為堆數，在某些時候，基數排序法的效率高於其它的穩定性排序法。

用python K值聚類識別圖片主要顏色的程序，演算法python代碼已經有了

難得被人求助一次, 這個必須回答一下. 不過你的需求確實沒有寫得太清楚. 根據k值演算法出來的是主要顏色有三個, 所以我把三個顏色都打在記事本里了. 如果和你的需求有誤, 請自行解決吧.

另外這裡需要用到numpy的庫, 希望你裝了, 如果沒裝, 這個直接安裝也比較麻煩, 可以看一下portablepython的綠色版。

代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-

import Image

import random

import numpy

class Cluster(object):

    def __init__(self):

        self.pixels = []

        self.centroid = None

    def addPoint(self, pixel):

        self.pixels.append(pixel)

    def setNewCentroid(self):

        R = [colour[0] for colour in self.pixels]

        G = [colour[1] for colour in self.pixels]

        B = [colour[2] for colour in self.pixels]

        R = sum(R) / len(R)

        G = sum(G) / len(G)

        B = sum(B) / len(B)

        self.centroid = (R, G, B)

        self.pixels = []

        return self.centroid

class Kmeans(object):

    def __init__(self, k=3, max_iterations=5, min_distance=5.0, size=200):

        self.k = k

        self.max_iterations = max_iterations

        self.min_distance = min_distance

        self.size = (size, size)

    def run(self, image):

        self.image = image

        self.image.thumbnail(self.size)

        self.pixels = numpy.array(image.getdata(), dtype=numpy.uint8)

        self.clusters = [None for i in range(self.k)]

        self.oldClusters = None

        randomPixels = random.sample(self.pixels, self.k)

        for idx in range(self.k):

            self.clusters[idx] = Cluster()

            self.clusters[idx].centroid = randomPixels[idx]

        iterations = 0

        while self.shouldExit(iterations) is False:

            self.oldClusters = [cluster.centroid for cluster in self.clusters]

            print iterations

            for pixel in self.pixels:

                self.assignClusters(pixel)

            for cluster in self.clusters:

                cluster.setNewCentroid()

            iterations += 1

        return [cluster.centroid for cluster in self.clusters]

    def assignClusters(self, pixel):

        shortest = float(‘Inf’)

        for cluster in self.clusters:

            distance = self.calcDistance(cluster.centroid, pixel)

            if distance  shortest:

                shortest = distance

                nearest = cluster

        nearest.addPoint(pixel)

    def calcDistance(self, a, b):

        result = numpy.sqrt(sum((a – b) ** 2))

        return result

    def shouldExit(self, iterations):

        if self.oldClusters is None:

            return False

        for idx in range(self.k):

            dist = self.calcDistance(

                numpy.array(self.clusters[idx].centroid),

                numpy.array(self.oldClusters[idx])

            )

            if dist  self.min_distance:

                return True

        if iterations = self.max_iterations:

            return False

        return True

    # ############################################

    # The remaining methods are used for debugging

    def showImage(self):

        self.image.show()

    def showCentroidColours(self):

        for cluster in self.clusters:

            image = Image.new(“RGB”, (200, 200), cluster.centroid)

            image.show()

    def showClustering(self):

        localPixels = [None] * len(self.image.getdata())

        for idx, pixel in enumerate(self.pixels):

                shortest = float(‘Inf’)

                for cluster in self.clusters:

                    distance = self.calcDistance(

                        cluster.centroid,

                        pixel

                    )

                    if distance  shortest:

                        shortest = distance

                        nearest = cluster

                localPixels[idx] = nearest.centroid

        w, h = self.image.size

        localPixels = numpy.asarray(localPixels)\

            .astype(‘uint8’)\

            .reshape((h, w, 3))

        colourMap = Image.fromarray(localPixels)

        colourMap.show()

if __name__==”__main__”:

    from PIL import Image

    import os

    k_image=Kmeans()

    path = r’.\\pics\\’

    fp = open(‘file_color.txt’,’w’)

    for filename in os.listdir(path):

        print path+filename

        try:

            color = k_image.run(Image.open(path+filename))

            fp.write(‘The color of ‘+filename+’ is ‘+str(color)+’\n’)

        except:

            print “This file format is not support”

    fp.close()

從零開始用Python構建神經網路

從零開始用Python構建神經網路

動機：為了更加深入的理解深度學習，我們將使用 python 語言從頭搭建一個神經網路，而不是使用像 Tensorflow 那樣的封裝好的框架。我認為理解神經網路的內部工作原理，對數據科學家來說至關重要。

這篇文章的內容是我的所學，希望也能對你有所幫助。

神經網路是什麼?

介紹神經網路的文章大多數都會將它和大腦進行類比。如果你沒有深入研究過大腦與神經網路的類比，那麼將神經網路解釋為一種將給定輸入映射為期望輸出的數學關係會更容易理解。

神經網路包括以下組成部分

? 一個輸入層，x

? 任意數量的隱藏層

? 一個輸出層，?

? 每層之間有一組權值和偏置，W and b

? 為隱藏層選擇一種激活函數，σ。在教程中我們使用 Sigmoid 激活函數

下圖展示了 2 層神經網路的結構(注意：我們在計算網路層數時通常排除輸入層)

2 層神經網路的結構

用 Python 可以很容易的構建神經網路類

訓練神經網路

這個網路的輸出 ? 為：

你可能會注意到，在上面的等式中，輸出 ? 是 W 和 b 函數。

因此 W 和 b 的值影響預測的準確率. 所以根據輸入數據對 W 和 b 調優的過程就被成為訓練神經網路。

每步訓練迭代包含以下兩個部分:

? 計算預測結果 ?，這一步稱為前向傳播

? 更新 W 和 b,，這一步成為反向傳播

下面的順序圖展示了這個過程：

前向傳播

正如我們在上圖中看到的，前向傳播只是簡單的計算。對於一個基本的 2 層網路來說，它的輸出是這樣的：

我們在 NeuralNetwork 類中增加一個計算前向傳播的函數。為了簡單起見我們假設偏置 b 為0：

但是我們還需要一個方法來評估預測結果的好壞(即預測值和真實值的誤差)。這就要用到損失函數。

損失函數

常用的損失函數有很多種，根據模型的需求來選擇。在本教程中，我們使用誤差平方和作為損失函數。

誤差平方和是求每個預測值和真實值之間的誤差再求和，這個誤差是他們的差值求平方以便我們觀察誤差的絕對值。

訓練的目標是找到一組 W 和 b，使得損失函數最好小，也即預測值和真實值之間的距離最小。

反向傳播

我們已經度量出了預測的誤差(損失)，現在需要找到一種方法來傳播誤差，並以此更新權值和偏置。

為了知道如何適當的調整權值和偏置，我們需要知道損失函數對權值 W 和偏置 b 的導數。

回想微積分中的概念，函數的導數就是函數的斜率。

梯度下降法

如果我們已經求出了導數，我們就可以通過增加或減少導數值來更新權值 W 和偏置 b(參考上圖)。這種方式被稱為梯度下降法。

但是我們不能直接計算損失函數對權值和偏置的導數，因為在損失函數的等式中並沒有顯式的包含他們。因此，我們需要運用鏈式求導發在來幫助計算導數。

鏈式法則用於計算損失函數對 W 和 b 的導數。注意，為了簡單起見。我們只展示了假設網路只有 1 層的偏導數。

這雖然很簡陋，但是我們依然能得到想要的結果—損失函數對權值 W 的導數(斜率)，因此我們可以相應的調整權值。

現在我們將反向傳播演算法的函數添加到 Python 代碼中

為了更深入的理解微積分原理和反向傳播中的鏈式求導法則，我強烈推薦 3Blue1Brown 的如下教程：

Youtube：

整合併完成一個實例

既然我們已經有了包括前向傳播和反向傳播的完整 Python 代碼，那麼就將其應用到一個例子上看看它是如何工作的吧。

神經網路可以通過學習得到函數的權重。而我們僅靠觀察是不太可能得到函數的權重的。

讓我們訓練神經網路進行 1500 次迭代，看看會發生什麼。 注意觀察下面每次迭代的損失函數，我們可以清楚地看到損失函數單調遞減到最小值。這與我們之前介紹的梯度下降法一致。

讓我們看看經過 1500 次迭代後的神經網路的最終預測結果：

經過 1500 次迭代訓練後的預測結果

我們成功了!我們應用前向和方向傳播演算法成功的訓練了神經網路並且預測結果收斂於真實值。

注意預測值和真實值之間存在細微的誤差是允許的。這樣可以防止模型過擬合併且使得神經網路對於未知數據有著更強的泛化能力。

下一步是什麼?

幸運的是我們的學習之旅還沒有結束，仍然有很多關於神經網路和深度學習的內容需要學習。例如：

? 除了 Sigmoid 以外，還可以用哪些激活函數

? 在訓練網路的時候應用學習率

? 在面對圖像分類任務的時候使用卷積神經網路

我很快會寫更多關於這個主題的內容，敬請期待!

最後的想法

我自己也從零開始寫了很多神經網路的代碼

雖然可以使用諸如 Tensorflow 和 Keras 這樣的深度學習框架方便的搭建深層網路而不需要完全理解其內部工作原理。但是我覺得對於有追求的數據科學家來說，理解內部原理是非常有益的。

這種練習對我自己來說已成成為重要的時間投入，希望也能對你有所幫助