mxnet安装及NDArray初体验

一、mxnet安装 (以下均为mac环境)

有二种方式：

1.1 用conda安装

#创建gluon目录 
mkdir gluon-tutorials && cd gluon-tutorials

#下载源代码
curl https://zh.gluon.ai/gluon_tutorials_zh.tar.gz -o tutorials.tar.gz

#解压
tar -xzvf tutorials.tar.gz && rm tutorials.tar.gz
#设置清华镜像站
conda config --prepend channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/free/
#进入解压后的目录 
cd gluon-tutorials
#创建环境
conda env create -f environment.yml
#激活环境
source activate gluon 

但是14行创建环境这里，这几天一直报连不上清华的镜像站，不知道跟开十久大有无关系，如果大家也遇到类似问题，可以用下面的方式

1.2 用brew+pip安装

brew update
brew tap homebrew/science
brew info opencv
brew install opencv
pip install mxnet

二、初试NDArray

2.1 先启用jupyter-notebook

2.2 创建矩阵

from mxnet import ndarray as nd
x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print(x)
y = nd.array([[5,6],[7,8]])
print(y)

[[ 1.  2.]
 [ 3.  4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

[[ 5.  6.]
 [ 7.  8.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

2.3 矩阵加法

print(x+y)

[[  6.   8.]
 [ 10.  12.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

2.4 矩阵数乘(点乘)

print(x*y)

[[  5.  12.]
 [ 21.  32.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

2.5 矩阵乘法(叉乘)

print(nd.dot(x,y))

[[ 19.  22.]
 [ 43.  50.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

2.5 e的指数运算

print(nd.exp(x))

[[  2.71828175   7.38905621]
 [ 20.08553696  54.59814835]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

上述几个操作的公式图解：

2.6 生成正态分布随机矩阵

x=nd.random_normal(0, 1, shape=(2, 2))
print(x)

[[ 0.45787829  0.93632793]
 [-0.89425808  0.35744399]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

2.7 矩阵转置

from mxnet import ndarray as nd
x = nd.array([[1,2],[3,4],[5,6]])
print(x)
print(x.T) #转置

[[ 1.  2.]
 [ 3.  4.]
 [ 5.  6.]]
<NDArray 3x2 @cpu(0)>

[[ 1.  3.  5.]
 [ 2.  4.  6.]]
<NDArray 2x3 @cpu(0)>

2.8 广播

如果2个矩阵A,B进行运算时，行或列的数量不满足运算要求，ndarray会尝试将第2个矩阵B，自动扩容(行或列)，然后进行运算，如下面的代码示例：

from mxnet import ndarray as nd
x = nd.array([[1,2,3,4]]).reshape([2,2])
y = nd.array([[5]])
print(x)
print(y)
print(x+y)

[[ 1.  2.]
 [ 3.  4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

[[ 5.]]
<NDArray 1x1 @cpu(0)>

[[ 6.  7.]
 [ 8.  9.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

x是一个2行2列的矩阵，而y是1行1列的矩阵，2个矩阵进行加法运算时，ndarray会将y自动复制扩展成2行2列的矩阵，图解如下：

注：广播这种复制扩容的行为，并非对所有操作都适用，比如叉乘就会报错(如：nd.dot(x,y)大家自己自行测试下），其实很容易埋坑，个人并不推荐使用。

2.9 取第几行/第几列

from mxnet import ndarray as nd
x = nd.array([[1,2],[3,4],[5,6],[7,8]])
print(x)
print(x[:,0]) #取第1列
print(x[1:2]) #取第2行
print(x[1:3,0:2]) #取第2到3行 + 第1到2列
i = nd.array([[0,2]]) 
print(nd.take(x,i)) #取第1行、第3行

[[ 1.  2.]
 [ 3.  4.]
 [ 5.  6.]
 [ 7.  8.]]
<NDArray 4x2 @cpu(0)>

[ 1.  3.  5.  7.]
<NDArray 4 @cpu(0)>

[[ 3.  4.]]
<NDArray 1x2 @cpu(0)>

[[ 3.  4.]
 [ 5.  6.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

[[[ 1.  2.]
  [ 5.  6.]]]
<NDArray 1x2x2 @cpu(0)>

2.10 计算欧氏距离(norm)

import mxnet.ndarray as nd
import mxnet.autograd as ag
x = nd.array([[1,2],[3,4]])
print(x)
nd.norm(x)

[[ 1.  2.]
 [ 3.  4.]]
<NDArray 2x2 @cpu(0)>

[ 5.47722578]
<NDArray 1 @cpu(0)>

更多ndarray的使用，请参考：

1、https://mxnet.incubator.apache.org/api/python/ndarray.html （ndarray官方文档）

2、https://zh.gluon.ai/chapter_crashcourse/ndarray.html  (使用NDArray来处理数据)