#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# 文中部分參考了：
# https://blog.csdn.net/u012845311/article/details/77183491
# 改進：要劃分訓練集和測試集，並在進行模型評估階段，可參考之前做過的協同過濾推薦系統中的，
# 通過prediction[ground_truth.nonzero()]來篩選只考慮測試資料集中的預測評分
import pandas as pd
import numpy as np
import tensorflow as tf

# 第一步：------------------------收集和清洗資料

ratings_df = pd.read_csv('F:\Machine\data_sets\ml-latest-small/ratings.csv')
# print(ratings_df.tail())
# tail命令用於輸入檔案中的尾部內容。tail命令預設在螢幕上顯示指定檔案的末尾5行。
# 相對應的有：ratings_df.head()
movies_df = pd.read_csv('F:\Machine\data_sets\ml-latest-small/movies.csv')
movies_df['movieRow'] = movies_df.index
# 生成一列‘movieRow’，等於索引值index
# print(movies_df.tail())

movies_df = movies_df[['movieRow', 'movieId', 'title']]
# 篩選三列出來
movies_df.to_csv('F:\Machine\data_sets\ml-latest-small/moviesProcessed.csv', index=False, header=True, encoding='utf-8')
# 生成一個新的檔案moviesProcessed.csv
print(movies_df.tail())

ratings_df = pd.merge(ratings_df, movies_df, on='movieId')
# print(ratings_df.head())
ratings_df = ratings_df[['userId', 'movieRow', 'rating']]
# 篩選出三列
ratings_df.to_csv('F:\Machine\data_sets\ml-latest-small/ratingsProcessed.csv', index=False, header=True, encoding='utf-8')
# 匯出一個新的檔案ratingsProcessed.csv
print(ratings_df.head())


# 第二步：-----------------------建立電影評分矩陣rating和評分紀錄矩陣record

userNo = ratings_df['userId'].max() + 1
# userNo的最大值
movieNo = ratings_df['movieRow'].max() + 1
# movieNo的最大值

rating = np.zeros((movieNo, userNo))
print(rating.shape)
# 建立一個值都是0的資料
flag = 0
ratings_df_length = np.shape(ratings_df)[0]

print(np.shape(ratings_df))
# 檢視矩陣ratings_df的第一維度是多少
for index, row in ratings_df.iterrows():
    # interrows（），對錶格ratings_df進行遍歷
    # rating[int(row['movieRow']), int(row['userId'])] = row['rating']
    # 等價於：
    rating[int(row['movieRow'])][int(row['userId'])] = row['rating']
    # 在rating表裡的'movieRow'行和'userId'列處，填上row的‘評分’，即ratings_df對應的評分
    flag += 1
    # if (ratings_df_length-flag) % 5000 == 0:
    #     print(u'還剩多少待處理：%d' %(ratings_df_length-flag))
# print(rating[3][450])
record = rating > 0
record = np.array(record, dtype=int)
print(record)


# 第三步：----------------------------構建模型

def normalizeRatings(rating, record):
    m, n = rating.shape
    #m代表電影數量，n代表使用者數量
    rating_mean = np.zeros((m, 1))
    #每部電影的平均得分
    rating_norm = np.zeros((m, n))
    #處理過的評分
    for i in range(m):
        idx = (record[i, :] != 0)
        #每部電影的評分，[i，:]表示每一行的所有列
        rating_mean[i] = np.mean(rating[i, idx])
        # 第i行，評過份idx的使用者的平均得分
        # np.mean() 對所有元素求均值
        rating_norm[i, idx] = rating[i, idx] - rating_mean[i]
        #rating_norm = 原始得分-平均得分
    return rating_norm, rating_mean

rating_norm, rating_mean = normalizeRatings(rating, record)
rating_norm = np.nan_to_num(rating_norm)
# 對值為NaNN進行處理，改成數值0
# print(rating_norm)
rating_mean = np.nan_to_num(rating_mean)
# 對值為NaNN進行處理，改成數值0
# print(rating_mean)

# 構建模型
num_features = 12
X_parameters = tf.Variable(tf.random_normal([movieNo, num_features], stddev = 0.35))
Theta_parameters = tf.Variable(tf.random_normal([userNo, num_features], stddev = 0.35))
# tf.Variables()初始化變數
# tf.random_normal()函式用於從服從指定正太分佈的數值中取出指定個數的值，mean: 正態分佈的均值。stddev: 正態分佈的標準差。dtype: 輸出的型別
loss = 1/2 * tf.reduce_sum(((tf.matmul(X_parameters, Theta_parameters, transpose_b=True) - rating_norm) * record) ** 2) + \
       0.5*(1/2 * (tf.reduce_sum(X_parameters ** 2) + tf.reduce_sum(Theta_parameters ** 2)))
# 基於內容的推薦演算法模型
train = tf.train.AdamOptimizer(1e-3).minimize(loss)
# https://blog.csdn.net/lenbow/article/details/52218551
# Optimizer.minimize對一個損失變數基本上做兩件事
# 它計算相對於模型引數的損失梯度。
# 然後應用計算出的梯度來更新變數。


# 第四步：------------------------------------訓練模型

# tf.summary的用法 https://www.cnblogs.com/lyc-seu/p/8647792.html
tf.summary.scalar('train_loss', loss)
# 用來顯示標量資訊
summaryMerged = tf.summary.merge_all()
# merge_all 可以將所有summary全部儲存到磁碟，以便tensorboard顯示。
filename = 'F:\Machine\data_sets\ml-latest-small/movie_tensorborad.csv'
writer = tf.summary.FileWriter(filename)
# 指定一個檔案用來儲存圖。
sess = tf.Session()
# https://www.cnblogs.com/wuzhitj/p/6648610.html
init = tf.global_variables_initializer()
sess.run(init)
# 執行
for i in range(2000):
    _, movie_summary = sess.run([train, summaryMerged])
    # 把訓練的結果summaryMerged存在movie裡
    writer.add_summary(movie_summary, i)
    # 把訓練的結果儲存下來


# 第五步：-------------------------------------評估模型

Current_X_parameters, Current_Theta_parameters = sess.run([X_parameters, Theta_parameters])
# Current_X_parameters為電影內容矩陣，Current_Theta_parameters使用者喜好矩陣
predicts = np.dot(Current_X_parameters, Current_Theta_parameters.T) + rating_mean
# dot函式是np中的矩陣乘法，np.dot(x,y) 等價於 x.dot(y)
errors = np.sqrt(np.sum(((predicts - rating) * record)**2))
# sqrt(arr) ,計算各元素的平方根
print(u'模型評估errors：', errors)


# 第六步：--------------------------------------構建完整的電影推薦系統

user_id = input(u'您要想哪位使用者進行推薦？請輸入使用者編號：')
sortedResult = predicts[:, int(user_id)].argsort()[::-1]
# argsort()函式返回的是陣列值從小到大的索引值; argsort()[::-1] 返回的是陣列值從大到小的索引值
print(u'為該使用者推薦的評分最高的20部電影是：'.center(80, '='))
# center() 返回一個原字串居中,並使用空格填充至長度 width 的新字串。預設填充字元為空格。
idx = 0
for i in sortedResult:
    print(u'評分: %.2f, 電影名: %s' % (predicts[i, int(user_id)]-2, movies_df.iloc[i]['title']))
    # .iloc的用法：https://www.cnblogs.com/harvey888/p/6006200.html
    idx += 1
    if idx == 20:
        break


效果展示：