常用命令及函数

Linux

下述简写分别表示：CMD 命令，PATH 路径，FILE 文件，FOLD 文件夹.

通用命令

man CMD         # 显示CMD的帮助文档

路径处理

pwd             # 显示当前路径
cd PATH         # 进入到PATH中
ls              # 显示当前目录下的所有文件
ls -al          # 显示当前目录下所有文件的详细信息
mkdir FOLD      # 在当前目录下创建名为'目录名'的文件夹
vim FILE        # 如果存在文件名的文件，则会使用vim编辑器打开，若不存在则会创建该文件
cp FILE1 FILE2  # 复制文件1到文件2，可以在文件名前面加上路径，则会复制到指定路径当中
rm FOLD1        # 删除文件1
mv FILE1 FILE2  # 剪切文件1到文件2

文件下载压缩解压

.tar.gz 结尾的一般程序安装包，.zip 为一般压缩包.

wget -cO FILE 'URL'         # 下载URL中文件，命名为FILE
zip -r FILE.zip /FOLD       # 压缩/FOLD到FILE.zip
unzip FILE.zip              # 解压FILE.zip
unzip -d /FOLD FILE.zip     # 解压FILE.zip到FOLD目录下
tar -xf FILE.tar.gz         # 解压.tar.gz压缩包

使用编译安装

如果安装的文件是github上的项目，一般有后缀为 .tar.gz 的安装包，使用 weget 下载路径 或者在本机上下载下来后再使用WinSCP上传上去也行，这里以安装 ncurses 为例：

wget http://ftp.gnu.org/gnu/ncurses/ncurses-6.3.tar.gz  " 下载安装包
tar -xf ncurses-6.3.tar.gz  " 解压压缩包
cd ncurses-6.3/  " 进入到刚刚解压出的目录中
./configure --prefix=$HOME/apps/  " 设置安装目录为 $HOME/apps/ 文件夹下
make -j && make install  " 编译并安装程序

一键Tmux分屏脚本

服务器上的tmux脚本，创建三个窗口，效果如下图所示，并且每个窗口初始化bash source ~/.bashrc.

由于服务器上一般要用后台运行神经网络训练程序，而且每次新的界面要重新 scoure ~/.bashrc，所以我创建了一个一键创建tmux分屏窗口并运行 source 指令，可大幅提高效率.

使用方法，在用户目录（随便一个方便的目录）下创建 run.sh 文件，将下面代码贴进去，然后使用 chmod 777 run.sh 修改权限，以后启动服务器后，输入下面代码就能直接启动tmux进行分屏

./run.sh  # 想启动新的tmux窗口

# 若已有tmux后台
source .bashrc  # 先加载bash配置
tmux a  # 即可启动tmux窗口

# 将tmux放到后台
# 快捷键 tmux组合键+d，tmux组合键默认为 Ctrl+b

Tmux分屏效果

Python 常用函数

re 和 fnmatch

re是用于表示正则表达式，而fnmatch是用于处理shell样式通配符. 更多正则表达式内容可以参考 regex101，该网页还能解释给出的正则表达式非常智能.

  • pattern = re.compile(pattern)：编译正则表达式 pattern.
  • pattern.search(string)：在 string 中搜索 pattern 所包含的第一个正则表达位置及长度.
  • pattern.findall(string): 在 string 中搜索每一个 pattern 匹配得到的串.
  • fnmatch.translate(pattern)：将shell样式通配符转化为正则表达式.
  • fnmatch.fnmatch(string, pattern)：判断 pattern 是否匹配字符串 string.

shell样式通配符比较简单常用：

  • ‘*’: 匹配任意数量的字符，包括零字符.
  • ‘?’: 匹配任何单个字符.
  • ‘[sequence]’: 匹配任意字符序列.
  • ‘[!sequence]’: 匹配任何非顺序的字符.
# 一些ChatGPT举的例子
print(fnmatch.fnmatch("test.txt", "*.txt"))  # prints True
print(fnmatch.fnmatch("test.txt", "test*"))  # prints True
print(fnmatch.fnmatch("test.txt", "*.doc"))  # prints False
# *[0-9]* 匹配包含数字的字符串

warning

自定义 warning 信息，用于给出警告，但是默认的 warning 输出信息非常丑陋，难以识别，在文件开头处加上以下代码

import warnings
def custom_warning_message(message, category, filename, lineno, file=None, line=None):
        return '%s, line %s,\n%s\n\n' % (filename, lineno, message)
warnings.formatwarning = custom_warning_message

使用方法 warnings.warn('警号信息')，一个例子：

warnings.warn(f"\
Warning: {self.model_name}'s {self.data_name} \
dataset don't have 'epoch_sizes.json' file, \
default by 1")

效果：（可以给出warning的文件路径、行号、warning信息）

/home/wty/Coding/GitHub/RL-framework/utils/logs_manager.py, line 366,
Warning: /home/wty/Coding/GitHub/RL-framework/logs/DQN-1's history-0002 dataset don't have 'epoch_sizes.json' file, default by 1

pathlib

  • pathlib.Path(directory)：directory 为文件的路径，返回 pathlib.Path 对象，该对象存储的为 directory 这条路径.

  • pathlib.Path.cwd()：cwd为Current working directory的缩写，即返回当前运行程序所在的目录.

  • pathlib.Path.glob(pattern)：pattern 是一个shell类型的通配符(shell-style wildcard pattern)，则该函数会返回该路径下所有符合该 pattern 的文件路径. 如 *.py 就会返回全体以 .py 为后缀的文件，* 可以理解为任一的一个前缀（文件名）.

  • path.mkdir(parents=True, exist_ok)：path 为 pathlib.Path 对象即当前创建目录的路径，parents=True 若父目录不存在，则创建父目录；exist_ok=True 若当前目录不存在时才会进行创建，不会抛出异常.

  • path.is_file()：判断 path 是否是文件.

  • path.is_dir()：判断 path 是否是文件夹.

from pathlib import Path

Path.cwd()  # 当前工作路径
Path.home()  # home路径

fname = r'D:\fold1\fold2'
path = Path(fname)
folds = [f for f in path.iterdir() if f.is_dir()]  # 获取path下的全部文件夹路径
files = [f for f in path.iterdir() if f.is_file()] # 获取path下的全部文件路径

files[0].name  # 返回文件的名称(前缀)
files[0].suffix  # 返回文件的名称(后缀)
path.parent  # 父级目录
path.joinpath(fold[0].name)  # 进入子文件夹路径

urllib

用于文件下载，主要使用 urllib.request.urlretrieve(url, path) 对url链接进行下载，下载到 path 路径下. 一般与 tarfile 一同使用.

tarfile

用于解压 .tgz, .tar.bz2 文件.

path = '文件路径'
tgz = tarfile.open(path)  # 创建文件路径
tgz.extractall(path=path)  # 将文件解压到path
tgz.close()

datatime

主要是处理时间字符串所用.

  • 时间字符串读入：data = datetime.strptime(string, time_format)，将格式化时间信息字符串 string 根据格式 time_format 转化为 datatime 时间格式.
    例如 time_format = '%Y-%m-%d %H:%M:%S'，则可以读入类似 2157-11-21 03:16:00 的年份. 具体 time_format 格式请见下面折叠内容.
  • 获取两个时间的相对天数：relative_days = (data1 - data2).days
  • 获取两个时间的相对秒数：relative_seconds = (data1 - data2).seconds（不足一天的则化为秒计算）
    通过 24 * relative_days + relative_seconds / 3600 即可求出相对小时数.

matplotlib

import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt

显示中文

只需将下述配置放置在包导入之后即可，有以下两种配置方案，第一个使用的是宋体，更加正规；第二个使用的是黑体，也很清晰好用，推荐第二种。

config = {
    "font.family": 'serif', # 衬线字体
    "figure.figsize": (6, 6),  # 图像大小
    "font.size": 14, # 字号大小
    "font.serif": ['SimSun'], # 宋体
    "mathtext.fontset": 'cm', # 渲染数学公式字体
    'axes.unicode_minus': False # 显示负号
}
plt.rcParams.update(config)

config = {  # 另一种配置
    "figure.figsize": (8, 6),  # 图像大小
    "font.size": 16, # 字号大小
    "mathtext.fontset": 'cm', # 渲染数学公式字体
    "font.sans-serif": ['SimHei'],   # 用黑体显示中文
    'axes.unicode_minus': False # 显示负号
}
plt.rcParams.update(config)

绘图参数

绘图一般以以下顺序逐步进行，多次使用 plt.plot 后绘制的图像会覆盖之前绘制的图像.

  • plt.figure(figsize=(6, 4), dpi)：创建长宽为6x4大小的幕布，在此基础上乘上单位分辨率 dpi，即为图像分辨率.
  • plt.plot(X, y, 'r-s', markersize=8, lw=2, label='SGD')：依 (X, y) 绘制二维图像，第三个参数用于控制图像属性，r 表示红色，- 表示直线，s 表示方块点，markersize 表示描点所用图形的大小(即方块的大小)，lw 是 linewidth 的缩写，用于调整线的宽度，label 表示该图形的标签，需要使用 plt.legend() 显示标签. 以下为几种常用图像属性：
    1. 'r-s' 红色，直线，方块描点.
    2. 'g--^' 绿色，虚线，上三角描点.
    3. b. 蓝色，散点图.
    4. r: 红色，虚线.
  • plt.legend(loc=None)：显示图例，loc 表示固定图例位置，默认为自动选择适合的位置，常用位置有：upper left, lower right, center left ...
  • plt.axis([x1, x2, y1, y2])：用于控制显示坐标系范围，横坐标限制在 [x1, x2] 范围内，纵坐标限制在 [y1, y2] 范围内.
  • plt.xlabel("Xname"), plt.ylabel("Yname", rotation=0)：设定x,y轴坐标名称，rotation 表示逆时针旋转角度，由于y轴标签默认旋转90度，如果标签内容较少，建议不要旋转.
  • plt.axhline(y=0, color='k')：以 y=0 绘制黑色竖线，表示y轴.
  • plt.axvline(x=0, color='k')：以 x=0 绘制黑色竖线，表示x轴.
  • plt.text(x, y, text, fontsize=16, ha='center', color='k')：在 (x,y) 点处以 16 号字体居中绘制黑色字符串 text，ha 表示字符串位置，默认为 left.
  • plt.tight_layout()：在保存图像前，建议使用该api，可以将多余边界去除，使图像更美观，其具有参数 w_pad, h_pad 用于子图的宽度和高度的填充.
  • plt.savefig("figure/fname.png", dpi=300)：将图像保存到 ./figure/fname.png 文件中，单位分辨率为 dpi=300，如果 figsize=(3,2) 则输出图像的分辨率为 900x600. 支持图片类型还有 .jpg .pdf .svg.
  • plt.show()：显示图像，并关闭当前幕布，完成全部绘图.

结合以上方法进行绘图的例子：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from pathlib import Path
PATH_FIGURES = "./figures"
Path(PATH_FIGURES).mkdir(parents=True, exist_ok=True)  # 若存储图片的文件夹不存在，则进行创建

np.random.seed(42)
m = int(1e5)
X_normal = np.random.randn(m, 1)
hists, bins = np.histogram(X_normal, bins=50, density=True)
bins = bins[:-1] + (bins[1] - bins[0]) / 2  # 取每个小区间的中位数

plt.figure(figsize=(8, 4))
plt.hist(X_normal, bins=50, density=True, alpha=0.8)  # 绘制直方图，alpha为透明度
plt.plot(bins, hists, 'r--o', markersize=6, label="高斯采样")
plt.text(2.5, 0.3, r"$f(x) = \frac{exp\left(\frac{-x^2}{2}\right)}{\sqrt{2\pi}}$",
         fontsize=25, ha='center', color='w', math_fontfamily='cm')
plt.axhline(y=0, color='k')
plt.axvline(x=0, color='k')
plt.axis([-4, 4, -0.02, 0.42])
plt.xlabel("$x$")
plt.ylabel("$P$", rotation=0)
plt.legend(loc='upper left')
plt.title("$10^5$个来自标准正态分布的样本")
plt.tight_layout()
plt.savefig(PATH_FIGURES + "normal_distribution_density_plot.png", dpi=300)
plt.show()
print("曲线下近似面积:", np.trapz(hists, bins))  # 0.9999800000000001

normal distribution density plot

同时绘制多个图像

# 同时绘制多个图像
def plot_figures(instances, images_per_row=10, **options):
    # 图像大小
    size = 28
    # 每行显示的图像，取图像总数和每行预设值的较小值
    images_per_row = min(len(instances), images_per_row)
    # 总共的行数，下行等价于 ceil(len(instances) / image_per_row)
    n_rows = (len(instances) - 1) // images_per_row + 1
    # 如果有空余位置没有填充，用空白进行填充
    n_empty = n_rows * images_per_row - len(instances)
    padded_instances = np.concatenate([instances, np.zeros([n_empty, size * size])], axis=0)
    # 将图像排列成网格
    image_grid = padded_instances.reshape([n_rows, images_per_row, size, size])
    # 使用np.transpose对图像网格进行重新排序，并拉伸成一张大图像用于绘制
    big_image = image_grid.transpose([0, 2, 1, 3]).reshape([n_rows * size, images_per_row * size])
    plt.imshow(big_image, cmap='binary', **options)
    plt.axis('off')
    plt.tight_layout()
plt.figure(figsize=(6, 6))
plot_figures(train_x[:100])
plt.savefig('figure/MNIST前100张图像')
plt.show()

MNIST前100张图像

绘制等高线

等高线图主要有两种：

  1. 等高线填充背景：
    • plt.contourf(x1, x2, z, levels=levelz, cmap='viridis')：x1, x2 为网格划分后的对应坐标，z 对应网格点的高度值，levels 表示等高线的划分点，在两个等高线之间的区域用同种颜色填充，cmap 表示填充使用的颜色带.
    • plt.colorbar(label)：通过绘制颜色柱为等高线提供每种颜色对应的高度值.
  2. 绘制等高线：
    • contour = plt.contour(x1, x2, z, levels=levelz, cmap='viridis')：用法与 plt.contourf 类似，只不过是在对应 levels 处绘制等高线.
    • plt.clabel(contour, fontsize=14, inline=True)：使用 plt.contour 返回值，使用 fontsize 字号在等高线内绘制对应的高度.（inline 默认为 True，一般无需添加）

常用的 cmap 选项：viridis, jet, rainbow, summer, autumn 等.

plt.figure(figsize=(8, 5))
x1, x2 = np.meshgrid(  # 创建离散网格点
    np.linspace(-3.5, 3.5, 500),
    np.linspace(-3, 3, 500)
)
# 计算高度值
z = np.exp(-((x1+1)**2 + x2**2) / 2) / (2 * np.pi) - np.exp(-((x1-1)**2 + x2**2) / 2) / (2 * np.pi)
# 设置等高线划分点，会根据情况绘制等高线，若没有相应的数据点，则不会进行绘制
levelz = (np.linspace(-0.1, 1.1, 17) * (z.max() - z.min()) + z.min()).round(2)
plt.contourf(x1, x2, z, levels=levelz, cmap='viridis')  # 向由等高线划分的区域填充颜色
plt.colorbar(label='概率')  # 制作右侧颜色柱，表示每种颜色对应的值

contour = plt.contour(x1, x2, z, cmap='jet', levels=levelz)  # 绘制等高线
plt.clabel(contour, fontsize=14)  # 在等高线上绘制对应高度值

plt.xlabel('$x_1$')
plt.ylabel('$x_2$', rotation=0)
plt.grid(False)
plt.tight_layout()
plt.savefig("figure/bivariate_normal_distribution_density_plot.png", dpi=300)
plt.show()

bivariate normal distribution density plot

更多等高线的例子请见：训练线性模型 - 代码实现

多个子图共享图例，绘制均值+方差

子图绘制方法主要使用 fig, axs = plt.subplots(nrows, ncols, figsize=(w,h)) 进行图初始化，其中 fig 表示整幅图的实例化句柄，axs 是一个 np.ndarray 坐标系数组的实例化数组，满足 axs.shape=(nrows, ncols)，ax=axs[i,j] 表示图中 ii 行 jj 列的子图对应的坐标系，本质上使用 plt.func 都是间接地调用 fig.func1 或 ax.func2 中的函数，func1, func2 的名称可能和 func 函数名有小部分差异，例如：

  • fig.tight_layout(...)：等价于 plt.tight_layout(...)
  • fig.savefig(...)：等价于 plt.savefig(...)
  • fig.legend(...)：等价于 plt.legend(...)
  • ax.plot(...)：等价于 plt.plot(...)
  • ax.set_xlabel(...)：等价于 plt.xlabel(...)
  • ax.set_ylabel(...)：等价于 plt.ylabel(...)
  • ax.set_xlim(...)：等价于 plt.xlim(...)
  • ax.set_ylim(...)：等价于 plt.ylim(...)
  • ax.set_xticks(...)：等价于 plt.xticks(...)
  • ax.set_yticks(...)：等价于 plt.yticks(...)

想要制定图像绘制的子图，只需使用 axs[i,j].plot(...) 对曲线进行绘制（hist, bar 类似）；图例的合并方法如下：

  1. 绘制均值曲线：line, = ax.plot(x, y, label=label, c=color, lw=3)，line 能够将当前绘制的曲线记录下来，line.get_color() 可获取其对应的颜色；
  2. 绘制方差曲线范围：ax.fill_between(x, y-stds, y+stds, color=line.get_color(), alpha=0.2) ，y-stds, y+stds 分别为曲线范围的下边界与上边界，并保持颜色和中间绘制的均值曲线相同的，再加上 0.2 的透明度；
  3. handles, labels = ax.get_legend_handles_labels() 可以从当前坐标系中绘制的曲线对应图例的句柄 handles 和句柄对应的图例名称 labels（二者都是列表）；
  4. 图例共享：fig.legend(handles, labels, loc='lower center', ncols=3, frameon=False)，handles 表示共享图例对应的句柄，labels 表示图例句柄所对应的标签，loc 表示图例的放置位置，ncols 表示图例的列数（默认为 1），frameon 表示是否启用图例的边界框；
  5. 由于直接绘制图例会导致和子图的下半部分重叠的问题，需要将子图向上进行平移，使用 fig.subplots_adjust(bottom=0.20) 可以将底部向上扩展 20%（注意 plt.tight_layout() 要在其前调用）。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.family'] = 'serif'
plt.rcParams['font.size'] = 20
np.random.seed(42)
fig, axs = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 5))
x = np.arange(-np.pi, np.pi+0.01, 0.01)
print(x.shape[0])
std_interval = 30
assert x.shape[0] % std_interval == 0, f"{x.shape[0]} should be {std_interval} times."
gauss_fn = lambda mu, sigma, x: np.exp(-0.5 * ((x-mu)/sigma)**2) / (sigma * np.sqrt(2 * np.pi))
handles, labels = [], []
for i, fn, label, color in zip([0,0,1], [np.sin, np.cos, np.tanh],
                               ['sin', 'cos', 'tanh'], ['tab:red', 'tab:green', 'tab:blue']):
  ax = axs[i]
  y = fn(x)
  std = np.random.randn(x.shape[0]) * 100
  stds = np.zeros_like(x)
  for j in range(x.shape[0]):
    stds += gauss_fn(x[j], std[j], x)
  line, = ax.plot(x, y, label=label, c=color, lw=3)
  ax.fill_between(x, y-stds, y+stds, color=line.get_color(), alpha=0.2)
  ax.set_xlim(-np.pi, np.pi)
  ax.set_xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi], ['$-\pi$', '$-\pi/2$', '$0$', '$\pi/2$', '$\pi$'])
for ax in axs:
  hs, ls = ax.get_legend_handles_labels()
  handles += hs; labels += ls
fig.legend(handles, labels, loc='lower center', ncols=3, frameon=False)
plt.tight_layout()
fig.subplots_adjust(bottom=0.20)
plt.savefig("subplot_and_merge_handles.png", dpi=300)
plt.show()

子图图例合并及均值+方差绘制

在坐标系上绘制箭头

通过ax.spines修改坐标轴的相关参数，用marker方式绘制箭头的头部。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
config = {
    "font.family": 'serif', # 衬线字体
    "figure.figsize": (5, 5),  # 图像大小
    "font.size": 14, # 字号大小
    "font.serif": ['SimSun'], # 宋体
    "mathtext.fontset": 'cm', # 渲染数学公式字体
    'axes.unicode_minus': False # 显示负号
}
plt.rcParams.update(config)

fig, ax = plt.subplots()
# 关闭默认坐标轴右侧和上侧的边框
ax.spines['right'].set_visible(False)
ax.spines['top'].set_visible(False)
# 将左侧和底侧的边框固定在零上, 设置线宽度为2
ax.spines['left'].set_position('zero')
ax.spines['left'].set_linewidth(2)
ax.spines['bottom'].set_position('zero')
ax.spines['bottom'].set_linewidth(2)
ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')
ax.yaxis.set_ticks_position('left')
# 关闭刻度
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])
# 设置显示(x_min, x_max, y_min, y_max)范围
ax.axis([0, 2, -2, 0])
# 设置箭头符号
ax.plot(2, 0, ls="", marker=">", ms=10, color="k", clip_on=False)
ax.plot(0, -2, ls="", marker="v", ms=10, color="k", clip_on=False)

eps = 0.2
ax.plot([0, 1-eps], [-1+eps, -1+eps], 'r', label=r"$\mathcal{L}^{CLIP}$", lw=4)
ax.plot([1-eps, 2], [-1+eps, -2], 'r', lw=4)
ax.plot([0, 2], [0, -2], 'b-.', label=r"$\mathcal{L}^{CLP}$", lw=2)
ax.plot([0, 1-eps], [-1+eps, -1+eps], 'g*-', label=r"$\text{clip}(\cdot)D$", clip_on=False, zorder=3, lw=2, ms=10)
ax.plot([1-eps, 1+eps], [-1+eps, -1-eps], 'g*-', lw=2, ms=10)
ax.plot([1+eps, 2], [-1-eps, -1-eps], 'g*-', clip_on=False, lw=2, ms=10)
ax.plot([1-eps, 1-eps], [0, -1+eps], 'k--', lw=1.5)
ax.plot([1, 1], [0, -1], 'k--', lw=1.5)
ax.plot([1+eps, 1+eps], [0, -1-eps], 'k--', lw=1.5)

ax.text(1-eps-0.08, 0.03, r"$1-\varepsilon$")
ax.text(1-0.02, 0.03, r"$1$")
ax.text(1+eps-0.08, 0.03, r"$1+\varepsilon$")
ax.text(2-0.02, -0.12, r"$\xi$")
fig.suptitle("$D<0$")
fig.legend(loc="lower center")
fig.tight_layout()
plt.savefig("ppo_D_neg.png", dpi=300)
plt.show()

ppo clip loss

numpy

随机

  1. np.random.permutation(n)：生成 1,...,n 的随机排列.

pandas

pandas读取的文件类型为 pandas.core.frame.DataFrame 一般记为 df. 空单元格记为 None，是一种二维数组的形式，只不过可以通过索引获取元素值，索引分为两种，行与列：

  • 行索引默认从0开始顺次编号，一般为数字；
  • 列索引默认为原表格中的第0行的列名称，一般为字符串.

实参与形参：如果是单行单列的切片，则返回的数据类型为 pandas.core.series.Series，大部分api和 DataFrame 类似，而且是形参，做多行多列的切片返回的仍然是 DataFrame 数据类型，也是形参. 如果直接将 DataFrame 传入到函数中则是实参则是实参.

读取查找操作及修改行列索引

以下为读入 .csv 文件为例，若为 excel 表格（文件后缀为 .xls 或 xlsx）只需将 read_csv() 改为 read_excel().

  1. df = pd.read_csv(path, header=0)：从 path 路径中读取 .csv 文件，header=0 表示以第0行作为列索引，若 header=None 则默认以序号作为列索引，数据内容从表格的第一行开始.

  2. 获取列表元素有如下两种方式：

  • 根据行索引与列索引进行查找，例如查找列索引为 col1 索引为 i 对应的元素：df.loc[i, col1].

  • 根据表格的相对位置进行查找（即将原表格视为二维数组进行查找），例如查找第 i 行第 j 列的元素：df.iloc[i, j].

    切片的方法和通常做法相同，例如取出前100行：df.iloc[:100]，取出50到99行：df.iloc[50:100].

注：使用 iloc 速度会比 loc 速度快非常多，处理较大表格时建议使用 iloc.

  1. 修改行列的方法：

  • 修改列名称有两种方法：

    1. 通过 df.columns = ['rename_col1', 'rename_col2', ...] 直接修改列名称，此方法一般在对全部列名进行修改时使用.
    2. 通过 df.rename(columns={'col1': 'rename_col1'}) 通过字典映射修改列名，此方法一般对部分列名进行修改时使用.

  • 设定行索引的方法：df.set_index('col') 以 col 列作为新的索引列.

  • 删除某个行或列的方法：df.drop(['col1, col2', ...], axis=1) 删除掉 'col1', 'col2', ... 列；df.drop([index1, index2, ...], axis=0) 删除掉行索引为 index1, index2, ... 的行. 如果加上 replace=True 的参数，则会在原表格上进行操作，无需重新赋值.

可以使用 len(df) 获取行数，或者 df.shape 获取行与列数，使用 list(df) 可以方便地获得列索引.

如果想直接将DataFrame转化为numpy数组格式，则可以通过 df.values 获得.

但需要注意的是，如果 df 中存在字符串，则 df.values 会转化为字符数组，需要自行转化数据格式.

查看数据结构

  1. df.head(n=5)：显示前n行内容，默认显示5行.

  2. df.info()：显示文件相关信息，包括：列索引，每列Non-Null的个数，每列的数据类型.

  3. df.describe()：显示数字列的相关信息，包括：行数，中位数，标准差，最小最大值，1/4,1/2,3/4分位数.

  4. df['col1'].value_counts()：对第 col1 求去重后的元素个数（一般用于处理字符串数据）.

  5. df.hist(bins=50, figsize=(18, 12)：显示每一列的直方图结果，使用 matplotlib.pyplot 进行绘制成多个子图形式，使用 plt.show() 显示.

数据可视化

主要使用 df.plot 函数，以下为散点图使用方法.

  1. df.plot(kind='scatter', x='col1', y='col2', alpha=0.1, s=df['col3'], c=df['col4'], cmap='jet', colorbar=False, xlabel=, ylabel=)：kind='scatter' 表示使用散点图进行绘制，以 col1 列作为x轴，col2 列作为y轴，绘制散点图，每个点的透明度为 alpha，每个点的大小为 df['col3'] 控制，每个点的颜色由 df['col4'] 控制，色彩分布使用 jet 类型，不显示色彩带 colorbar=False，后面的参数为 plt 的常用参数配置，例如 xlabel 为x轴标签，等等.

数据可视化效果

相关性分析

  1. 计算相关系数矩阵：df.corr()，返回每个数值列与数值列之间的相关系数值.(wikipedia上相关性介绍)

  2. 绘制散点图矩阵 scatter_matrix(df[attributes])，其中attributes 为要显示的列索引，将每列与每列之间绘制散点图，可视化两两数据之间的相关性.

散点图矩阵

数据处理

  1. df.reset_index(drop=False)：重新对列表的索引值进行设置，从 0 开始一次递增，若 drop=False 则保留原索引为 index 列，默认保留，若为 drop=True 则不保留.（该api也可用于创建索引列）

  2. df.value_counts()：统计每种值出现的个数.

  3. pd.cut(df['col1'], bins=[a1,a2,...,a9], labels=[1,2,...,8])：对 df['col1'] 列按照 (a1,a2], (a2,a3], ..., (a8, a9] 划分为 88 段，每一段均为左开右闭，第 i 段的标签记为 i（默认标签为这一段的数值范围）.

  4. df.apply(function, args=(arg1, ...), **kargs, axis=0)：对表格 df 中的每一行切片提取出来，传入到 function 函数中进行处理，如果 function 函数有其他参数，则切片为第一个传入参数，后面的无初始化值的参数可以通过 args 传入，而有初始化参数可以直接传入参数及其对应的值，默认放到 function 函数中. 可以参考下图：

DataFrame中apply传入参数

注：apply处理每行的信息速度要比逐个遍历每行做切片速度快得多.

  1. df.grouby('col').apply(function)：对表格 df 中的 'col' 列相同元素进行提取，然后传入到 function 函数中进行处理. 适用于具有连续性数据处理，满足某种性质的数据均具有某个相同的属性值.

  2. df.drop_duplicates()：对行进行去重，完全相同的行会只保留一个.

  3. df1.merge(df2, how='outer', on=['col1'])：将表格 df1, df2 进行外合并，on=['col1'] 表示以 col1 列作为每行的基准值（可以有多个基准值，例如 ['col1', 'col2']，默认以行索引作为基准值）逐行进行合并，how='outer' 时为外合并，即对于两个表格中的全部基准值，相同基准值则会进行合并，不同基准值会用None填补，如果有多个相同基准值，则会添加额外的列显示；how='inner' 时为内合并，即只对两个表格中同时具有的基准值进行合并，如果某个基准值仅在一个表格中出现，则会将其丢弃.

  4. df.sort_values('col', ascending=True)：表示将表格中的每行按照 'col' 列的元素递增形式进行排序，若 ascending=False 则以递降形式进行排序.

数据清理

处理缺失的特征，有如下三种选择：

  1. 丢弃缺失值对应的整行：df.dropna(axis=0, subset=None)，axis=0 表示清除规则为按行清除，subset 可以指定清除某一列的缺失值，默认为行清除，清除整个表格中的全部缺失值.

  2. 丢弃缺失值对应的整列：df.dropna(axis=1).

  3. 将缺失值补全为某个值（0、平均数或中位数等）：例如，按0补全 df['col1'].fillna(0)

如此操作可能对于新数据处理不方便，因为可能出现新的列有缺失值，而上述补全方式不适用于对于新的一列进行补全，所以使用Scikit-Learn中的SimpleImputer方式可以更好的进行数据补全，参见另一篇文章Scikit-Learn SimpleImputer类

dask

dask是一个支持对numpy，pandas高效并行处理的包，常用于处理超大文件，可以分块处理超大表格.

由于dask的使用方法和numpy，pandas类似，只需将 np.array 改为 dask.Array，pd.DataFrame 改为 dask.DataFrame，而且在操作命令上都基本相同，只不过并不会根据命令立刻执行操作，而是会产生一个延迟包 dask.delayed，会将操作的结果的框架返回，而不会计算出具体的数值，只有在操作的最后加上 .compute() 命令才会执行计算.

使用 dask.diagnostics.ProgressBar 包裹计算的命令即可显示处理的进度条：

from dask.diagnostics import ProgressBar
with ProgressBar():
    out = delayed.compute()

DataFrame

import dask.dataframe as dd 读入包，读入到 dask.dataframe 之后的处理，与pandas基本完全一致，只需最后在计算时加上 .compute() 即可.

  • 文件读取：ddf = dd.read_csv(file_path, dtype=None)，dask会根据每列的第一个数据对一整列的数据类型进行猜测，如果后续出现不同的数据类型，则会报出错误，会给出推荐的 dtype 类型指定，只需将其给出的建议加入到 dtype 参数位置即可.

  • 通过 pd.DataFrame 转化：ddf = dd.from_pandas(df, npartitions=32)，从 df 转化为 dask.DataFrame 文件，划分为 npartitions 个块.

  • 文件保存：ddf.to_csv(save_path, single_file=True)，保存也和pandas类似，但是如果直接调用保存api，则会根据划分的块，保存出多个文件，如果希望单个文件保存，可使用 single_file=True.

cv2

绘制滑动窗口

from skimage import transform
import cv2

im = cv2.imread(r'mini_fox.jpg')
downscale=1.5 # Guass金字塔以1.5倍进行缩放
def sliding_window(im, window_size, step_size):
    for x in range(0, im.shape[0], step_size[0]):
        for y in range(0, im.shape[1], step_size[1]):
            yield x, y, im[x:x+window_size[0], y:y+window_size[1]]

# Gauss金字塔
for i, im_scaled in enumerate(transform.pyramid_gaussian(im, downscale=downscale, channel_axis=-1)):
    # 滑动窗口
    for x, y, im_window in sliding_window(im_scaled, (30, 100), (30, 10)):
        if im_window.shape[0] != 30 or im_window.shape[1] != 100:
            continue
        clone = im_scaled.copy()  # 在原图上重新绘制
        cv2.rectangle(clone, (y, x), (y + 100, x + 30), (255,255,255), thickness=2)  # 绘制窗口
        cv2.imshow(f"Sliding Window {im_scaled.shape}", clone)  # 显示窗口
        cv2.waitKey(20)  # 控制每帧长度
cv2.waitKey()

Gauss金字塔下的滑动窗口效果

Nvidia显卡信息查看

nvidia-smi  # 显示显卡相关信息
watch -n 1 nvidia-smi  # 以1s刷新显卡使用情况，持续观察显卡使用情况

Scikit-Learn

请见 Scikit-Learn 常用函数及模型写法

TensorFLow

请见 TensorFlow 常用函数及模型写法

Jax+Flax+Optax

请见 Jax+Flax+Optax 学习笔记，Jax+Flax+Optax 常用API

tensorboard 和 wandb 使用方法

请见 Jax+Flax+Optax 学习笔记 - 利用tensorboar和wandb可视化训练过程

ffmpeg

请见 ffmpeg常用命令

ADB & Waydroid

请见 ADB&Waydroid常用命令

Docker

请见 Docker 安装与常用命令

常用命令及函数
https://wty-yy.github.io/posts/64648/
作者
wty
发布于
2022年11月18日
许可协议