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import tensorflow as tf
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
 
num_examples = 50
# -2에서 4까지, -6에서 6까지 50(num_examples)단계로 꾸준히 증가하는 값을 받아서 2개의 배열로 저장 (직선 상태)
X = np.array([np.linspace(-2, 4, num_examples), np.linspace(-6, 6, num_examples)])
# 꾸준히 증가하는 X 배열에 표준정규분포 값을 각각 넣어줌 (데이터 분산 발생)
X += np.random.randn(2, num_examples)
x, y = X
# x 배열 값에 1을 붙여서 x_with_bias 생성 (1을 붙인 이유는 가중치(weights에서 b, a를 사용할 때, b를 그대로 보존하기 위함) y = b*1 + ax = ax + b
x_with_bias = np.array([(1., a) for a in x]).astype(np.float32)
losses = []
training_steps = 50
learning_rate = 0.002
with tf.Session() as sess:
  # 입력은 x_with_bias(50x2) 사용
  input = tf.constant(x_with_bias)
  # 타겟은 y를 전치행렬(1x50 → 50x1) 설정
  target = tf.constant(np.transpose([y]).astype(np.float32))
  # 가중치 출력 텐서의 모양은 (2x1)으로 정규분포의 분산 0, 표준편차 0.1을 가지는 임의의 값을 초기값으로 설정
  weights = tf.Variable(tf.random_normal([2, 1], 0, 0.1))
  
  # 모든 텐서 변수 초기화
  tf.initialize_all_variables().run()
  
  # input(50x2)과 가중치 값(2x1)을 matrix multiple = yhat은 (50x1) 값이 됨, yhat = 학습 진행중인 데이터
  yhat = tf.matmul(input, weights)
 
  # yhat(50x1)에서 target(50x1) 값을 뺀 값을 yerror로 설정
  yerror = tf.sub(yhat, target)
 
  # 학습중인 weights와 실제 target의 차이의 손실값의 평균을 낮추도록 함평균 (평균 - reduce_mean)
  loss = tf.reduce_mean(tf.nn.l2_loss(yerror))
  
  # 경사하강법으로 loss가 최소값이 되도록 학습 설정
  update_weights = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate).minimize(loss)
  
  # 50회 학습
  for _ in range(training_steps):
    # 반복적으로 경사하강법을 통해 텐서플로우 변수들을 업데이트 함
    update_weights.run()
    losses.append(loss.eval())
  # 학습이 종료되면 결과 값을 출력
  betas = weights.eval()
  yhat = yhat.eval()
# 그래프로 표현
# fig는 도표를 그릴 영역을 의미함. 도표가 1x2 형태로 가로로 2개 들어감
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2)
# 도표간 거리는 0.3
plt.subplots_adjust(wspace=.3)
# 그릴 영역의 사이즈는 가로 10, 세로 4
fig.set_size_inches(10, 4)
# 첫번째 도표(ax1)에 입력에 따른 출력 값을 2차원 평면에 점으로 찍음
ax1.scatter(x, y, alpha=.7)
# 첫번째 도표(ax1)에 최종 가중치(weights)를 적용했을 때, 예상되는 target 값을 기준으로 2차원 평면에 점으로 찍음
ax1.scatter(x, np.transpose(yhat)[0], c="g", alpha=.6)
line_x_range = (-4, 6)

# 첫번째 도표(ax1)에 x 값 -4에서 6사이에서 최종 가중치(weights)에 따른 직선 그래프를 그림 betas[0]은 b를 의미 betas[1]은 a를 의미 (yhat = b + a*input)
ax1.plot(line_x_range, [betas[0] + a * betas[1] for a in line_x_range], "g", alpha=0.6)
# 두 번째 도표(ax2)에 학습 진행에 따른 losses를 도식화)
ax2.plot(range(0, training_steps), losses)
ax2.set_ylabel("Loss")
ax2.set_xlabel("Training steps")
plt.show()