#数据处理部分之前的代码，加入部分数据处理的库
import paddle
from paddle.nn import Linear
import paddle.nn.functional as F
import os
import gzip
import json
import random
import numpy as np
from paddle.io import Dataset

def load_data(mode='train'):
    datafile = './docs/python/paddle/data/mnist.json.gz'
    print('loading mnist dataset from {} ......'.format(datafile))
    # 加载json数据文件
    data = json.load(gzip.open(datafile))
    print('mnist dataset load done')
   
    # 读取到的数据区分训练集，验证集，测试集
    train_set, val_set, eval_set = data
    if mode=='train':
        # 获得训练数据集
        imgs, labels = train_set[0], train_set[1]
    elif mode=='valid':
        # 获得验证数据集
        imgs, labels = val_set[0], val_set[1]
    elif mode=='eval':
        # 获得测试数据集
        imgs, labels = eval_set[0], eval_set[1]
    else:
        raise Exception("mode can only be one of ['train', 'valid', 'eval']")
    print("训练数据集数量: ", len(imgs))
    
    # 校验数据
    imgs_length = len(imgs)

    assert len(imgs) == len(labels), "length of train_imgs({}) should be the same as train_labels({})".format(len(imgs), len(labels))
    
    # 获得数据集长度
    imgs_length = len(imgs)
    
    # 定义数据集每个数据的序号，根据序号读取数据
    index_list = list(range(imgs_length))
    # 读入数据时用到的批次大小
    BATCHSIZE = 100
    
    # 定义数据生成器
    def data_generator():
        if mode == 'train':
            # 训练模式下打乱数据
            random.shuffle(index_list)
        imgs_list = []
        labels_list = []
        for i in index_list:
            # 将数据处理成希望的类型
            img = np.array(imgs[i]).astype('float32')
            label = np.array(labels[i]).astype('float32')
            imgs_list.append(img) 
            labels_list.append(label)
            if len(imgs_list) == BATCHSIZE:
                # 获得一个batchsize的数据，并返回
                yield np.array(imgs_list), np.array(labels_list)
                # 清空数据读取列表
                imgs_list = []
                labels_list = []
    
        # 如果剩余数据的数目小于BATCHSIZE，
        # 则剩余数据一起构成一个大小为len(imgs_list)的mini-batch
        if len(imgs_list) > 0:
            yield np.array(imgs_list), np.array(labels_list)
    return data_generator

#数据处理部分之后的代码，数据读取的部分调用Load_data函数
# 定义网络结构，同上一节所使用的网络结构
class MNIST(paddle.nn.Layer):
    def __init__(self):
        super(MNIST, self).__init__()
        # 定义一层全连接层，输出维度是1
        self.fc = paddle.nn.Linear(in_features=784, out_features=1)

    def forward(self, inputs):
        outputs = self.fc(inputs)
        return outputs

# 训练配置，并启动训练过程
def train(model):
    
    model.train()
    #调用加载数据的函数
    train_loader = load_data('train')
    opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())
    EPOCH_NUM = 10
    for epoch_id in range(EPOCH_NUM):
        for batch_id, data in enumerate(train_loader()):
            #准备数据，变得更加简洁
            images, labels = data
            images = paddle.to_tensor(images)
            labels = paddle.to_tensor(labels) 

            #前向计算的过程
            predits = model(images)
            
            #计算损失，取一个批次样本损失的平均值
            loss = F.square_error_cost(predits, labels)
            avg_loss = paddle.mean(loss)      
            
            #每训练了200批次的数据，打印下当前Loss的情况
            if batch_id % 200 == 0:
                print("epoch: {}, batch: {}, loss is: {}".format(epoch_id, batch_id, avg_loss.numpy()))
            
            #后向传播，更新参数的过程
            avg_loss.backward()
            opt.step()
            opt.clear_grad()

    # 保存模型
    paddle.save(model.state_dict(), './mnist.pdparams')


# model = MNIST()
# # 启动训练过程
# train(model)

# 创建一个类MnistDataset，继承paddle.io.Dataset 这个类
# MnistDataset的作用和上面load_data()函数的作用相同，均是构建一个迭代器
class MnistDataset(paddle.io.Dataset):
    def __init__(self, mode):
        datafile = './docs/python/paddle/data/mnist.json.gz'
        data = json.load(gzip.open(datafile))
        # 读取到的数据区分训练集，验证集，测试集
        train_set, val_set, eval_set = data
        if mode=='train':
            # 获得训练数据集
            imgs, labels = train_set[0], train_set[1]
        elif mode=='valid':
            # 获得验证数据集
            imgs, labels = val_set[0], val_set[1]
        elif mode=='eval':
            # 获得测试数据集
            imgs, labels = eval_set[0], eval_set[1]
        else:
            raise Exception("mode can only be one of ['train', 'valid', 'eval']")
        
        # 校验数据
        imgs_length = len(imgs)
        assert len(imgs) == len(labels), "length of train_imgs({}) should be the same as train_labels({})".format(len(imgs), len(labels))
        
        self.imgs = imgs
        self.labels = labels

    def __getitem__(self, idx):
        img = np.array(self.imgs[idx]).astype('float32')
        label = np.array(self.labels[idx]).astype('float32')
        
        return img, label

    def __len__(self):
        return len(self.imgs)

# 声明数据加载函数，使用训练模式，MnistDataset构建的迭代器每次迭代只返回batch=1的数据
train_dataset = MnistDataset(mode='train')
# # 使用paddle.io.DataLoader 定义DataLoader对象用于加载Python生成器产生的数据，
# # DataLoader 返回的是一个批次数据迭代器，并且是异步的；
data_loader = paddle.io.DataLoader(train_dataset, batch_size=100, shuffle=True)
# # 迭代的读取数据并打印数据的形状
# for i, data in enumerate(data_loader()):
#     images, labels = data
#     print(i, images.shape, labels.shape)
#     if i>=2:
#         break


def train_data_loader(model):
    model = MNIST()
    model.train()
    opt = paddle.optimizer.SGD(learning_rate=0.001, parameters=model.parameters())
    EPOCH_NUM = 3
    for epoch_id in range(EPOCH_NUM):
        for batch_id, data in enumerate(data_loader()):
            images, labels = data
            images = paddle.to_tensor(images)
            labels = paddle.to_tensor(labels).astype('float32')
            
            #前向计算的过程  
            predicts = model(images)

            #计算损失，取一个批次样本损失的平均值
            loss = F.square_error_cost(predicts, labels)
            avg_loss = paddle.mean(loss)       
            
            #每训练了200批次的数据，打印下当前Loss的情况
            if batch_id % 200 == 0:
                print("epoch: {}, batch: {}, loss is: {}".format(epoch_id, batch_id, avg_loss.numpy()))
            
            #后向传播，更新参数的过程
            avg_loss.backward()
            opt.step()
            opt.clear_grad()

    #保存模型参数
    paddle.save(model.state_dict(), 'mnist')


#创建模型
model = MNIST()
#启动训练过程
train_data_loader(model)