机器学习:推荐系统(三. 了解我们的工具)

Getting to know our tools

注:这节没什么内容哈,各位同学过一眼就可以了。

目录

1.NumPy, SciPy, 和 pandas
2.在向量中思考:如何高效地处理大型数据集

1.NumPy, SciPy, and pandas

Python是一种流行的机器学习编程语言。除了是一个非常好用的语言之外,Python还是非常受欢迎的,因为许多最好的机器学习库都是为它编写的。对于这个类,我们将使用其中三个库。首先,我们将使用NumPy。 NumPy是一个库,允许您高效地加载和处理大型数据集和内存。它是免费的,开源的,在硅谷的许多商业系统中被广泛使用。这是许多其他机器学习库建立的基础。接下来,我们将使用SciPy。
SciPy提供了许多基本的科学计算功能。我们将使用其数值优化功能来帮助计算用户的推荐产品。
最后,我们也会用pandas。pandas可以让您将您的数据表示为一个虚拟电子表格。它提供了许多与Microsoft Excel中相同的功能,用于快速编辑数据和执行计算。这使得处理数据存储和CSV文件变得非常简单。名称pandas来自术语面板数据,因为它将数据表示为一系列面板或电子表格页面。
它也是免费的,开源的,并被广泛使用。最好的部分是所有这些库完美地结合在一起。 SciPy提供了基本的数值优化程序,NumPy让我们可以高效地加载和使用我们的数据集,pandas给了我们额外的功能,使我们的数据集计算变得简单。

2.在向量中思考:如何高效地处理大型数据集

在机器学习中,我们经常使用大数据数组。由于机器学习的线性代数根(linear algebra roots),这些数组有时被称为单个数据列的向量和较大数组的向量。让我们看看如何在代码中使用向量。让我们打开vecotors pt1.py。

这里有一个简单的数组,或者向量,表示训练数据集中每套房的面积。当我们训练机器学习算法时,我们经常需要在训练数据集中的每一行应用相同的数学运算。例如,假设我们要将每个面积乘以0.3的权重。

完成这个事情最高效的方法是什么?在传统的编程中,标准的解决方案是每次一行遍历数组,一个for循环搞定。让我们运行代码并检查输出。在控制台中,我们可以看到它在得到最终结果之前对数组进行了13次独立的更新。这样做是没毛病的,但每次在数组中一个元素上对每个元素进行乘法实际上效率很低。如今的CPU有能力并行批量操作。

这种能力称为单指令、多数据或SIMD。而不是一次一个地遍历每个数组元素,CPU可以将数组块加载到内存中,并在一步中完成该块上的所有乘法操作。这在处理大型数组时速度会产生巨大的差异。让我们来看看代码vecotors pt2.py。

我们不使用循环来处理数组,而是使用一个数组库,它知道如何并行处理数据。NumPy可以在内存中非常高效地创建数组, 然后会自动并行化。

因此,我们不使用for循环,我们的代码看起来如下所示。

首先我们创建的数组作为NumPy数组而不是作为一个正常的Python数组。然后我们会将整个数组乘以0.3。当我们告诉NumPy要把一个数组乘以一个单个的数字时,NumPy会将此操作分别应用于数组中的每一个元素。让我们来运行代码看看效果。

哪种方法更高效?相信群众的眼睛是雪亮的。

但更重要的是,NumPy自动利用CPU的SIMD功能,增加并联阵列块。我们得到与使用for循环相同的结果,但我们不需要经历这么多步骤。你在阵列上需要做的大部分操作都可以并行完成。这包括简单的操作比如加法,减法,乘法,和除法,甚至更复杂的操作,如正弦和余弦。这就是所谓的矢量化我们的代码。我们用可并行执行的向量操作代替迭代循环。这是非常重要的一点。

如果你发现自己为数组写了一个for循环,那么你可能out了。相反,你应该使用numpy来操作整个数组。

结语

如有错误请高手指正.

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