英伟达小姐姐开源 Python 隐藏技巧，上了 GitHub 热榜！

转自量子位，作者栗子

常常发资源的英伟达工程师小姐姐 Chip Huyen，又发射了一套 Python 隐藏功能合集。

里面都是她 “从前没发现，或者从前不太敢用” 的机器学习技巧，有 notebook 可以直接跑。

合集名叫 python-is-cool，推特宣布之后不到半天，已经收获了 2400 + 赞。

那么，这份令人奔走相告的资源，到底长什么样子？

隐藏技巧五大类

就像开头提到的：这里的功能，要么是小姐姐花了很久才找到的，要么是曾经让她瑟瑟发抖到不敢尝试的。

不过现在，她的技巧已经成功支配了这些功能，于是分享了出来。

目前一共有 5 个版块，专注机器学习，日后还会持续更新：

1、Lambda、Map、Filter、Reduce 函数

lambda 关键字，是用来创建内联函数 (Inline Functions) 的。square_fn 和 square_ld 函数，在这里是一样的。

1def square_fn(x):
2    return x * x
3
4square_ld = lambda x : x * x
5
6for i in range(10):
7    assert square_fn(i) == square_ld(i)

lambda 函数可以快速声明，所以拿来当回调 (Callbacks) 函数是非常理想的：就是作为参数 (Arguments) 传递给其他函数用的，那种函数。

和 map、filter 和 reduce 这样的函数搭配使用，尤其有效。

map(fn,iterable) 会把 fn 应用在 iterable 的所有元素上，返回一个 map object。

1nums = [1/3, 333/7, 2323/2230, 40/34, 2/3]
2nums_squared = [num * num for num in nums]
3print(nums_squared)
4
5==> [0.1111111, 2263.04081632, 1.085147, 1.384083, 0.44444444]

这样调用，跟用有回调函数的 map 来调用，是一样的。

1nums_squared_1 = map(square_fn, nums)
2nums_squared_2 = map(lambda x : x * x, nums)
3print(list(nums_squared_1))
4
5==> [0.1111111, 2263.04081632, 1.085147, 1.384083, 0.44444444]

map 也可以有不止一个 iterable。

比如，你要想计算一个简单线性函数 f(x)=ax+b 的均方误差 (MSE) ，两种方法就是等同的。

 1a, b = 3, -0.5
 2xs = [2, 3, 4, 5]
 3labels = [6.4, 8.9, 10.9, 15.3]
 4
 5# Method 1: using a loop
 6errors = []
 7for i, x in enumerate(xs):
 8    errors.append((a * x + b - labels[i]) ** 2)
 9result1 = sum(errors) ** 0.5 / len(xs)
10
11# Method 2: using map
12diffs = map(lambda x, y: (a * x + b - y) ** 2, xs, labels)
13result2 = sum(diffs) ** 0.5 / len(xs)
14
15print(result1, result2)
16
17==> 0.35089172119045514 0.35089172119045514

要注意的是，map 和 filter 返回的是迭代器 (Iterator) ，这就是说它们的值不是存储的，是按需生成的。

当你调用了 sum(diffs) 之后，diffs 就空了。如果你想要保留 diffs 里面所有的元素，就用 list(diffs) 把它转换成一个列表。

filter(fn,iterable) 也是和 map 一样道理，只不过 fn 返回的是一个布尔值，filter 返回的是，iterable 里面所有 fn 返回 True 的元素。

1bad_preds = filter(lambda x: x > 0.5, errors)
2print(list(bad_preds))
3
4==> [0.8100000000000006, 0.6400000000000011]

reduce(fn,iterable,initializer) 是用来给列表里的所有元素，迭代地应用某一个算子。比如，想要算出列表里所有元素的乘积：

1product = 1
2for num in nums:
3    product *= num
4print(product)
5
6==> 12.95564683272412

上面这串代码，和下面这串代码是等同的：

1from functools import reduce
2product = reduce(lambda x, y: x * y, nums)
3print(product)
4
5==> 12.95564683272412

2、列表操作

小姐姐说，Python 的列表太炫酷了。

2.1、解包 (Unpacking)

想把一个列表解包成一个一个元素，就这样：

1elems = [1, 2, 3, 4]
2a, b, c, d = elems
3print(a, b, c, d)
4
5==> 1 2 3 4

也可以这样：

1elems = [1, 2, 3, 4]
2a, b, c, d = elems
3print(a, b, c, d)
4
5==> 1 2 3 4

2.2、切片 (Slicing)

大家可能知道，如果想把一个列表反过来排，就用 [::-1] 。

1elems = list(range(10))
2print(elems)
3
4==> [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
5
6print(elems[::-1])
7
8==> [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]

而 [x:y:z] 这种语法的意思是，从索引 x 到索引 y，每 z 个元素取一个。

如果 z 是负数，就是反向取了。

如果 x 不特别指定，就默认是在遍历列表的方向上，遇到的第一个元素。

如果 y 不特别指定，就默认是列表最后一个元素。

所以，我们要从一个列表里面，每两个取一个的话，就是 [::2] 。

1evens = elems[::2]
2print(evens)
3
4reversed_evens = elems[-2::-2]
5print(reversed_evens)
6
7==> [0, 2, 4, 6, 8]
8    [8, 6, 4, 2, 0]

也可以用这种方法，把一个列表里的偶数都删掉，只留奇数：

1del elems[::2]
2print(elems)
3
4==> [1, 3, 5, 7, 9]

2.3、插入 (Insertion)

把列表里的其中一个元素的值，换成另一个值。

1elems = list(range(10))
2elems[1] = 10
3print(elems)
4
5==> [0, 10, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

如果想把某个索引处的一个元素，替换成多个元素，比如把 1 换成 20, 30, 40 ：

1elems = list(range(10))
2elems[1:2] = [20, 30, 40]
3print(elems)
4
5==> [0, 20, 30, 40, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

如果想把 3 个值 0.2, 0.3, 0.5 插在索引 0 和索引 1 之间：

1elems = list(range(10))
2elems[1:1] = [0.2, 0.3, 0.5]
3print(elems)
4
5==> [0, 0.2, 0.3, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

2.4、拉平 (Flattening)

如果，一个列表里的每个元素都是个列表，可以用 sum 把它拉平：

1list_of_lists = [[1], [2, 3], [4, 5, 6]]
2sum(list_of_lists, [])
3
4==> [1, 2, 3, 4, 5, 6]

如果是嵌套列表 (Nested List) 的话，就可以用递归的方法把它拉平。这也是 lambda 函数又一种优美的使用方法：在创建函数的同一行，就能用上这个函数。

1nested_lists = [[1, 2], [[3, 4], [5, 6], [[7, 8], [9, 10], [[11, [12, 13]]]]]]
2flatten = lambda x: [y for l in x for y in flatten(l)] if type(x) is list else [x]
3flatten(nested_lists)
4
5# This line of code is from
6# https://github.com/sahands/python-by-example/blob/master/python-by-example.rst#flattening-lists

2.5、列表 vs 生成器

要想知道列表和生成器的区别在哪，看个例子：从 token 列表里面创建 n-grams。

一种方法是用滑窗来创建：

 1tokens = ['i', 'want', 'to', 'go', 'to', 'school']
 2
 3def ngrams(tokens, n):
 4    length = len(tokens)
 5    grams = []
 6    for i in range(length - n + 1):
 7        grams.append(tokens[i:i+n])
 8    return grams
 9
10print(ngrams(tokens, 3))
11
12==> [['i', 'want', 'to'],
13     ['want', 'to', 'go'],
14     ['to', 'go', 'to'],
15     ['go', 'to', 'school']]

上面这个例子，是需要把所有 n-gram 同时储存起来的。如果文本里有 m 个 token，内存需求就是 O(nm) 。m 值太大的话，存储就可能成问题。

所以，不一定要用一个列表储存所有 n-gram。可以用一个生成器，在收到指令的时候，生成下一个 n-gram，这叫做惰性计算 (Lazy Evaluation) 。

只要让 ngrams 函数，用 yield 关键字返回一个生成器，然后内存需求就变成 O(n) 了。

 1def ngrams(tokens, n):
 2    length = len(tokens)
 3    for i in range(length - n + 1):
 4        yield tokens[i:i+n]
 5
 6ngrams_generator = ngrams(tokens, 3)
 7print(ngrams_generator)
 8
 9==> <generator object ngrams at 0x1069b26d0>
10
11for ngram in ngrams_generator:
12    print(ngram)
13
14==> ['i', 'want', 'to']
15    ['want', 'to', 'go']
16    ['to', 'go', 'to']
17    ['go', 'to', 'school']

还有一种生成 n-grams 的方法，是用切片来创建列表：[0, 1, …, -n], [1, 2, …, -n+1], …, [n-1, n, …, -1]，然后把它们 zip 到一起。

 1def ngrams(tokens, n):
 2    length = len(tokens)
 3    slices = (tokens[i:length-n+i+1] for i in range(n))
 4    return zip(*slices)
 5
 6ngrams_generator = ngrams(tokens, 3)
 7print(ngrams_generator)
 8
 9==> <zip object at 0x1069a7dc8> # zip objects are generators
10
11for ngram in ngrams_generator:
12    print(ngram)
13
14==> ('i', 'want', 'to')
15    ('want', 'to', 'go')
16    ('to', 'go', 'to')
17    ('go', 'to', 'school')

注意，创建切片用的是 (tokens[…] for i in range(n)) ，不是 [tokens[…] for i in range(n)] 。

[] 返回的是列表，() 返回的是生成器。

3、类，以及魔术方法

在 Python 里面，魔术方法 (Magic Methods) 是用双下划线，作为前缀后缀的。

其中，最知名的可能就是 _init_ 了。

1class Node:
2    """ A struct to denote the node of a binary tree.
3    It contains a value and pointers to left and right children.
4    """
5    def __init__(self, value, left=None, right=None):
6        self.value = value
7        self.left = left
8        self.right = right

不过，如果想输出 (Print) 一个节点 (Node) ，就不是很容易了。

1root = Node(5)
2print(root) # <__main__.Node object at 0x1069c4518>

理想情况，应该是输出它的值，如果它有子节点的话，也输出子节点的值。

所以，要用魔术方法 _repr_ ，它必须返回一个可输出的 object，如字符串。

 1class Node:
 2    """ A struct to denote the node of a binary tree.
 3    It contains a value and pointers to left and right children.
 4    """
 5    def __init__(self, value, left=None, right=None):
 6        self.value = value
 7        self.left = left
 8        self.right = right
 9
10    def __repr__(self):    
11        strings = [f'value: {self.value}']
12        strings.append(f'left: {self.left.value}' if self.left else 'left: None')
13        strings.append(f'right: {self.right.value}' if self.right else 'right: None')
14        return ', '.join(strings)
15
16left = Node(4)
17root = Node(5, left)
18print(root) # value: 5, left: 4, right: None

如果想对比两个节点 (的各种值) ，就用 _eq_ 来重载 == 运算符，用 _lt_ 来重载 < 运算符，用 _ge_ 来重载 >= 。

 1class Node:
 2    """ A struct to denote the node of a binary tree.
 3    It contains a value and pointers to left and right children.
 4    """
 5    def __init__(self, value, left=None, right=None):
 6        self.value = value
 7        self.left = left
 8        self.right = right
 9
10    def __eq__(self, other):
11        return self.value == other.value
12
13    def __lt__(self, other):
14        return self.value < other.value
15
16    def __ge__(self, other):
17        return self.value >= other.value
18
19
20left = Node(4)
21root = Node(5, left)
22print(left == root) # False
23print(left < root) # True
24print(left >= root) # False

想要了解更多魔术方法，请前往：
https://www.tutorialsteacher.com/python/magic-methods-in-python

或者使用官方文档，只是有一点点难读：
https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#special-method-names

这里，还要重点安利几种魔术方法：

一是 _len_ ：重载 len() 函数用的。
二是 _str_：重载 str() 函数用的。
三是 _iter_：想让 object 变成迭代器，就用这个。有了它，还可以在 object 上调用 next() 函数。

对于像节点这样的类，我们已经知道了它支持的所有属性 (Attributes) ：value、left 和 right，那就可以用 _slots_ 来表示这些值。这样有助于提升性能，节省内存。

1class Node:
2    """ A struct to denote the node of a binary tree.
3    It contains a value and pointers to left and right children.
4    """
5    __slots__ = ('value', 'left', 'right')
6    def __init__(self, value, left=None, right=None):
7        self.value = value
8        self.left = left
9        self.right = right

想要全面了解 _slots_ 的优点和缺点，可以看看 Aaron Hall 的精彩回答：
https://stackoverflow.com/a/28059785/5029595

4、局部命名空间，对象的属性

locals() 函数，返回的是一个字典 (Dictionary) ，它包含了局部命名空间 (Local Namespace) 里定义的变量。

 1class Model1:
 2    def __init__(self, hidden_size=100, num_layers=3, learning_rate=3e-4):
 3        print(locals())
 4        self.hidden_size = hidden_size
 5        self.num_layers = num_layers
 6        self.learning_rate = learning_rate
 7
 8model1 = Model1()
 9
10==> {'learning_rate': 0.0003, 'num_layers': 3, 'hidden_size': 100, 'self': <__main__.Model1 object at 0x1069b1470>}

一个 object 的所有属性，都存在 _dict_ 里面。

1print(model1.__dict__)
2
3==> {'hidden_size': 100, 'num_layers': 3, 'learning_rate': 0.0003}

注意，当参数列表 (List of Arguments) 很大的时候，手动把每个参数值分配给一个属性会很累。

想简单一点的话，可以直接把整个参数列表分配给 _dict_ 。

 1class Model2:
 2    def __init__(self, hidden_size=100, num_layers=3, learning_rate=3e-4):
 3        params = locals()
 4        del params['self']
 5        self.__dict__ = params
 6
 7model2 = Model2()
 8print(model2.__dict__)
 9
10==> {'learning_rate': 0.0003, 'num_layers': 3, 'hidden_size': 100}

当 object 是用 kwargs** 初始化的时候，这种做法尤其方便 (虽然 kwargs** 还是尽量少用为好) ：

1class Model3:
2    def __init__(self, **kwargs):
3        self.__dict__ = kwargs
4
5model3 = Model3(hidden_size=100, num_layers=3, learning_rate=3e-4)
6print(model3.__dict__)
7
8==> {'hidden_size': 100, 'num_layers': 3, 'learning_rate': 0.0003}

前 4 个版块就到这里了，至于第 5 个版块传授了怎样的技巧，先不介绍，大家可以从传送门前往观察：

https://github.com/chiphuyen/python-is-cool

宝藏小姐姐

贡献资源的 Chip Huyen 小姐姐，现在是英伟达的高级深度学习工程师了。

但在 2015 年进入斯坦福读书之前，她还是个没接触过深度学习的作家，旅行路上的故事已经出版了两本书。

△ 对，是个越南小姐姐

原本想读英文专业，却在选了一门计算机课之后，走上了深度学习的不归路。

毕业前，她在 Netflix 实习过；毕业后，她在斯坦福教过 TensorFlow，课号 CS20；一年前离开学校，进入英伟达。

正式选择了机器学习的她，依然像旅行的时候一样，喜欢和大家分享经历。

这位小姐姐产出的各式资源和感悟，小编也介绍过不止一次。

爬网页、洗数据、创建海量数据集一条龙：
https://mp.weixin.qq.com/s/rOXKglzYLRqTJkyLEZqJ6A

免费机器学习课程，从概率统计到全栈深度学习：
https://mp.weixin.qq.com/s/Jk8YuQuP5e64Q0ak-WJUKg

AI 从业者要不要读博，要不要自己创业：
https://mp.weixin.qq.com/s/MTpS6RwCTLIxwP8iDbZotQ

加上今天的 Python 隐藏技巧，(至少) 是第四次了：

传送门

如果你想更顺滑地使用 Python，快马克这些方法吧。

项目传送门：
https://github.com/chiphuyen/python-is-cool

Notebook 传送门：
https://github.com/chiphuyen/python-is-cool/blob/master/cool-python-tips.ipynb

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感谢阅读

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