01. Python 工具
02. Python 基础
03. Numpy
- Numpy 简介
- Matplotlib 基础
- Numpy 数组及其索引
- 数组类型
- 数组方法
- 数组排序
- 数组形状
- 对角线
- 数组与字符串的转换
- 数组属性方法总结
- 生成数组的函数
- 矩阵
- 一般函数
- 向量化函数
- 二元运算
- ufunc 对象
- choose 函数实现条件筛选
- 数组广播机制
- 数组读写
- 结构化数组
- 记录数组
- 内存映射
- 从 Matlab 到 Numpy
04. Scipy
05. Python 进阶
- sys 模块简介
- 与操作系统进行交互:os 模块
- CSV 文件和 csv 模块
- 正则表达式和 re 模块
- datetime 模块
- SQL 数据库
- 对象关系映射
- 函数进阶:参数传递,高阶函数,lambda 匿名函数,global 变量,递归
- 迭代器
- 生成器
- with 语句和上下文管理器
- 修饰符
- 修饰符的使用
- operator, functools, itertools, toolz, fn, funcy 模块
- 作用域
- 动态编译
06. Matplotlib
- Pyplot 教程
- 使用 style 来配置 pyplot 风格
- 处理文本(基础)
- 处理文本(数学表达式)
- 图像基础
- 注释
- 标签
- figures, subplots, axes 和 ticks 对象
- 不要迷信默认设置
- 各种绘图实例
07. 使用其他语言进行扩展
- 简介
- Python 扩展模块
- Cython:Cython 基础,将源代码转换成扩展模块
- Cython:Cython 语法,调用其他C库
- Cython:class 和 cdef class,使用 C++
- Cython:Typed memoryviews
- 生成编译注释
- ctypes
08. 面向对象编程
09. Theano 基础
- Theano 简介及其安装
- Theano 基础
- Theano 在 Windows 上的配置
- Theano 符号图结构
- Theano 配置和编译模式
- Theano 条件语句
- Theano 循环:scan(详解)
- Theano 实例:线性回归
- Theano 实例:Logistic 回归
- Theano 实例:Softmax 回归
- Theano 实例:人工神经网络
- Theano 随机数流变量
- Theano 实例:更复杂的网络
- Theano 实例:卷积神经网络
- Theano tensor 模块:基础
- Theano tensor 模块:索引
- Theano tensor 模块:操作符和逐元素操作
- Theano tensor 模块:nnet 子模块
- Theano tensor 模块:conv 子模块
10. 有趣的第三方模块
11. 有用的工具
- pprint 模块:打印 Python 对象
- pickle, cPickle 模块:序列化 Python 对象
- json 模块:处理 JSON 数据
- glob 模块:文件模式匹配
- shutil 模块:高级文件操作
- gzip, zipfile, tarfile 模块:处理压缩文件
- logging 模块:记录日志
- string 模块:字符串处理
- collections 模块:更多数据结构
- requests 模块:HTTP for Human
12. Pandas
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森林火灾模拟
之前我们已经构建好了一些基础,但是还没有开始对火灾进行模拟。
随机生长
- 在原来的基础上,我们要先让树生长,即定义
grow_trees()
方法 - 定义方法之前,我们要先指定两个属性:
- 每个位置随机生长出树木的概率
- 每个位置随机被闪电击中的概率
- 为了方便,我们定义一个辅助函数来生成随机
bool
矩阵,大小与森林大小一致 - 按照给定的生长概率生成生长的位置,将
trees
中相应位置设为True
In [1]:
import numpy as np
class Forest(object):
""" Forest can grow trees which eventually die."""
def __init__(self, size=(150,150), p_sapling=0.0025, p_lightning=5.0e-6):
self.size = size
self.trees = np.zeros(self.size, dtype=bool)
self.fires = np.zeros((self.size), dtype=bool)
self.p_sapling = p_sapling
self.p_lightning = p_lightning
def __repr__(self):
my_repr = "{}(size={})".format(self.__class__.__name__, self.size)
return my_repr
def __str__(self):
return self.__class__.__name__
@property
def num_cells(self):
"""Number of cells available for growing trees"""
return np.prod(self.size)
@property
def tree_fraction(self):
"""
Fraction of trees
"""
num_trees = self.trees.sum()
return float(num_trees) / self.num_cells
@property
def fire_fraction(self):
"""
Fraction of fires
"""
num_fires = self.fires.sum()
return float(num_fires) / self.num_cells
def _rand_bool(self, p):
"""
Random boolean distributed according to p, less than p will be True
"""
return np.random.uniform(size=self.trees.shape) < p
def grow_trees(self):
"""
Growing trees.
"""
growth_sites = self._rand_bool(self.p_sapling)
self.trees[growth_sites] = True
测试:
In [2]:
forest = Forest()
print forest.tree_fraction
forest.grow_trees()
print forest.tree_fraction
0.0
0.00293333333333
火灾模拟
- 定义
start_fires()
:- 按照给定的概率生成被闪电击中的位置
- 如果闪电击中的位置有树,那么将其设为着火点
- 定义
burn_trees()
:- 如果一棵树的上下左右有火,那么这棵树也会着火
- 定义
advance_one_step()
:- 进行一次生长,起火,燃烧
In [3]:
import numpy as np
class Forest(object):
""" Forest can grow trees which eventually die."""
def __init__(self, size=(150,150), p_sapling=0.0025, p_lightning=5.0e-6):
self.size = size
self.trees = np.zeros(self.size, dtype=bool)
self.fires = np.zeros((self.size), dtype=bool)
self.p_sapling = p_sapling
self.p_lightning = p_lightning
def __repr__(self):
my_repr = "{}(size={})".format(self.__class__.__name__, self.size)
return my_repr
def __str__(self):
return self.__class__.__name__
@property
def num_cells(self):
"""Number of cells available for growing trees"""
return np.prod(self.size)
@property
def tree_fraction(self):
"""
Fraction of trees
"""
num_trees = self.trees.sum()
return float(num_trees) / self.num_cells
@property
def fire_fraction(self):
"""
Fraction of fires
"""
num_fires = self.fires.sum()
return float(num_fires) / self.num_cells
def _rand_bool(self, p):
"""
Random boolean distributed according to p, less than p will be True
"""
return np.random.uniform(size=self.trees.shape) < p
def grow_trees(self):
"""
Growing trees.
"""
growth_sites = self._rand_bool(self.p_sapling)
self.trees[growth_sites] = True
def start_fires(self):
"""
Start of fire.
"""
lightning_strikes = (self._rand_bool(self.p_lightning) &
self.trees)
self.fires[lightning_strikes] = True
def burn_trees(self):
"""
Burn trees.
"""
fires = np.zeros((self.size[0] + 2, self.size[1] + 2), dtype=bool)
fires[1:-1, 1:-1] = self.fires
north = fires[:-2, 1:-1]
south = fires[2:, 1:-1]
east = fires[1:-1, :-2]
west = fires[1:-1, 2:]
new_fires = (north | south | east | west) & self.trees
self.trees[self.fires] = False
self.fires = new_fires
def advance_one_step(self):
"""
Advance one step
"""
self.grow_trees()
self.start_fires()
self.burn_trees()
In [4]:
forest = Forest()
for i in range(100):
forest.advance_one_step()
使用 matshow()
显示树木图像:
In [5]:
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
%matplotlib inline
plt.matshow(forest.trees, cmap=cm.Greens)
plt.show()
https://www.wenjiangs.com/wp-content/uploads/2022/docimg20/O4g1RSh7X6ScJ0pR-V1550e.png alt="">
查看不同着火概率下的森林覆盖率趋势变化:
In [6]:
forest = Forest()
forest2 = Forest(p_lightning=5e-4)
tree_fractions = []
for i in range(2500):
forest.advance_one_step()
forest2.advance_one_step()
tree_fractions.append((forest.tree_fraction, forest2.tree_fraction))
plt.plot(tree_fractions)
plt.show()
https://www.wenjiangs.com/wp-content/uploads/2022/docimg20/LrSFXPsrRDJVTets-g9X9Wi.png alt="">
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