深度学习Python基础

编程入门行业动态更新时间:2024-10-27 23:30:15

深度学习Python基础

Python 这一编程语言已经问世 20 多年了，在这期间，Python 不仅完成了自身的进化，还获得了大量的用户。现在，Python 作为最具人气的编程语言，受到了许多人的喜爱。

接下来我们将使用 Python 实现深度学习系统。不过在这之前，本章将简单地介绍一下 Python，看一下它的使用方法。已经掌握了 Python、NumPy、Matplotlib 等知识的读者，可以跳过本章，直接阅读后面的章节。

1.1　Python 是什么

Python 是一个简单、易读、易记的编程语言，而且是开源的，可以免费地自由使用。Python 可以用类似英语的语法编写程序，编译起来也不费力，因此我们可以很轻松地使用 Python。特别是对首次接触编程的人士来说，Python 是最合适不过的语言。事实上，很多高校和大专院校的计算机课程均采用 Python 作为入门语言。

此外，使用 Python 不仅可以写出可读性高的代码，还可以写出性能高（处理速度快）的代码。在需要处理大规模数据或者要求快速响应的情况下，使用 Python 可以稳妥地完成。因此，Python 不仅受到初学者的喜爱，同时也受到专业人士的喜爱。实际上，Google、Microsoft、Facebook 等战斗在 IT 行业最前沿的企业也经常使用 Python。

再者，在科学领域，特别是在机器学习、数据科学领域，Python 也被大量使用。Python 除了高性能之外，凭借着 NumPy、SciPy 等优秀的数值计算、统计分析库，在数据科学领域占有不可动摇的地位。深度学习的框架中也有很多使用 Python 的场景，比如 Caffe、TensorFlow、Chainer、Theano 等著名的深度学习框架都提供了 Python 接口。因此，学习 Python 对使用深度学习框架大有益处。

综上，Python 是最适合数据科学领域的编程语言。而且，Python 具有受众广的优秀品质，从初学者到专业人士都在使用。因此，为了完成本书的从零开始实现深度学习的目标，Python 可以说是最合适的工具。

1.2　Python 的安装

下面，我们首先将 Python 安装到当前环境（电脑）上。这里说明一下安装时需要注意的一些地方。

1.2.1　Python 版本

Python 有 Python 2.x 和 Python 3.x 两个版本。如果我们调查一下目前 Python 的使用情况，会发现除了最新的版本 3.x 以外，旧的版本 2.x 仍在被大量使用。因此，在安装 Python 时，需要慎重选择安装 Python 的哪个版本。这是因为两个版本之间没有兼容性（严格地讲，是没有“向后兼容性”），也就是说，会发生用 Python 3.x 写的代码不能被 Python 2.x 执行的情况。本书中使用 Python 3.x ，只安装了 Python 2.x 的读者建议另外安装一下 Python 3.x。

1.2.2　使用的外部库

本书的目标是从零开始实现深度学习。因此，除了 NumPy 库和 Matplotlib 库之外，我们极力避免使用外部库。之所以使用这两个库，是因为它们可以有效地促进深度学习的实现。

NumPy 是用于数值计算的库，提供了很多高级的数学算法和便利的数组（矩阵）操作方法。本书中将使用这些便利的方法来有效地促进深度学习的实现。

Matplotlib 是用来画图的库。使用 Matplotlib 能将实验结果可视化，并在视觉上确认深度学习运行期间的数据。

本书将使用下列编程语言和库。

Python 3.x（2016 年 8 月时的最新版本是 3.5）
NumPy
Matplotlib

下面将为需要安装 Python 的读者介绍一下 Python 的安装方法。已经安装了 Python 的读者，请跳过这一部分内容。

1.2.3　Anaconda 发行版

Python 的安装方法有很多种，本书推荐使用 Anaconda 这个发行版。发行版集成了必要的库，使用户可以一次性完成安装。Anaconda 是一个侧重于数据分析的发行版，前面说的 NumPy、Matplotlib 等有助于数据分析的库都包含在其中 {1[Anaconda 作为一个针对数据分析的发行版，包含了许多有用的库，而本书中实际上只会使用其中的 NumPy 库和 Matplotlib 库。因此，如果想保持轻量级的开发环境，单独安装这两个库也是可以的。 ——译者注]}。

如前所述，本书将使用 Python 3.x 版本，因此 Anaconda 发行版也要安装 3.x 的版本。请读者从官方网站下载与自己的操作系统相应的发行版，然后安装。

1.3　Python 解释器

完成 Python 的安装后，要先确认一下 Python 的版本。打开终端（Windows 中的命令行窗口），输入 python --version 命令，该命令会输出已经安装的 Python 的版本信息。

$ python --version
Python 3.4.1 :: Anaconda 2.1.0 (x86_64)

如上所示，显示了 Python 3.4.1（根据实际安装的版本，版本号可能不同），说明已正确安装了 Python 3.x。接着输入 python，启动 Python 解释器。

$ python
Python 3.4.1 |Anaconda 2.1.0 (x86_64)| (default, Sep 10 2014, 17:24:09)
[GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5577)] on darwin
Type “help”, “copyright”, “credits” or “license” for more information.

Python 解释器也被称为“对话模式”，用户能够以和 Python 对话的方式进行编程。比如，当用户询问“1 + 2 等于几？”的时候，Python 解释器会回答“3”，所谓对话模式，就是指这样的交互。现在，我们实际输入一下看看。

>>> 1 + 2
3

Python 解释器可以像这样进行对话式（交互式）的编程。下面，我们使用这个对话模式，来看几个简单的 Python 编程的例子。