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import torch #导入torch包
x = torch.rand(5, 3) #产生一个5*3的tensor，在 [0,1) 之间随机取值
y = torch.ones(5, 3) #产生一个5*3的Tensor，元素都是1 
#和numpy的命令一致

#tensor的运算
z = x + y #两个tensor可以直接相加
q = x.mm(y.transpose(0, 1)) #x乘以y的转置 mm为矩阵的乘法，矩阵相乘必须某一个矩阵的行与另一个矩阵的列相等

##Tensor与numpy.ndarray之间的转换
import numpy as np  #导入numpy包
a = np.ones([5, 3])  #建立一个5*3全是1的二维数组（矩阵）
b = torch.from_numpy(a)  #利用from_numpy将其转换为tensor
c = torch.FloatTensor(a) #另外一种转换为tensor的方法，类型为FloatTensor，还可以使LongTensor，整型数据类型
b.numpy() #从一个tensor转化为numpy的多维数组

from torch.autograd import Variable #导入自动梯度的运算包，主要用Variable这个类
x = Variable(torch.ones(2, 2), requires_grad=True)  #创建一个Variable，包裹了一个2*2张量，将需要计算梯度属性置为True

#人为生成一些样本点作为原始数据
x = Variable(torch.linspace(0, 100).type(torch.FloatTensor)) 
rand = Variable(torch.randn(100)) * 10 #随机生成100个满足标准正态分布的随机数，均值为0，方差为1.将这个数字乘以10，标准方差变为10
y = x + rand #将x和rand相加，得到伪造的标签数据y。所以(x,y)应能近似地落在y=x这条直线上

import matplotlib.pyplot as plt #导入画图的程序包
plt.figure(figsize=(10,8)) #设定绘制窗口大小为10*8 inch
plt.plot(x.data.numpy(), y.data.numpy(), 'o') #绘制数据，考虑到x和y都是Variable，需要用data获取它们包裹的Tensor，并专成numpy
plt.xlabel('X') 
plt.ylabel('Y') 
plt.show() 

#a,b就是要构建的线性函数的系数
a = Variable(torch.rand(1), requires_grad = True) #创建a变量，并随机赋值初始化
b = Variable(torch.rand(1), requires_grad = True) #创建b变量，并随机赋值初始化
print('Initial parameters:', [a, b])

learning_rate = 0.0001 #设置学习率
for i in range(1000):
  ### 增加了这部分代码，清空存储在变量a，b中的梯度信息，以免在backward的过程中会反复不停地累加
  if (a.grad is not None) and (b.grad is not None): 
    a.grad.data.zero_() 
    b.grad.data.zero_() 
  predictions = a.expand_as(x) * x+ b.expand_as(x) #计算在当前a、b条件下的模型预测数值
  loss = torch.mean((predictions - y) ** 2) #通过与标签数据y比较，计算误差
  print('loss:', loss)

  loss.backward() #对损失函数进行梯度反传，backward的方向传播算法
  a.data.add_(- learning_rate * a.grad.data) #利用上一步计算中得到的a的梯度信息更新a中的data数值
  b.data.add_(- learning_rate * b.grad.data) #利用上一步计算中得到的b的梯度信息更新b中的data数值

##拟合
x_data = x.data.numpy() 
plt.figure(figsize = (10, 7))
xplot = plt.plot(x_data, y.data.numpy(), 'o') # 绘制原始数据
yplot = plt.plot(x_data, a.data.numpy() * x_data + b.data.numpy()) #绘制拟合数据
plt.xlabel('X') 
plt.ylabel('Y') 
str1 = str(a.data.numpy()[0]) + 'x +' + str(b.data.numpy()[0]) #图例信息
plt.legend([xplot, yplot],['Data', str1]) #绘制图例
plt.show()

x_test = Variable(torch.FloatTensor([1, 2, 10, 100, 1000])) #随便选择一些点1，2，……，1000
predictions = a.expand_as(x_test) * x_test + b.expand_as(x_test) #计算模型的预测结果
predictions #输出