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说声谢谢!给你需要的NumPy知识

Python虽然是一门比较好入门的语言,相较于其他语言来说是一门比较简单的语言。不过有一个很重要的问题就是,即使Python 语言的很多方法不用手打都已经被封装,可以Python初学者还是要学习很多东西。下面我结合了一些经常用到的NumPy基础知识送给大家。

基础知识

NumPy 主要的运算对象为同质的多维数组,即由同一类型元素(一般是数字)组成的表格,且所有元素通过正整数元组进行索引。在 NumPy 中,维度 (dimension) 也被称之为轴线(axes)。

比如坐标点 [1, 2, 1] 有一个轴线。这个轴上有 3 个点,所以我们说它的长度(length)为 3。而如下数组(array)有 2 个轴线,长度同样为 3。

[[ 1., 0., 0.],

[ 0., 1., 2.]]

NumPy 的数组类(array class)叫做 ndarray,同时我们也常称其为数组(array)。注意 numpy.array 和标准 Python 库中的类 array.array 是不同的。标准 Python 库中的类 array.array 只处理一维的数组,提供少量的功能。ndarray 还具有如下很多重要的属性:

ndarray.ndim:显示数组的轴线数量(或维度)。

ndarray.shape:显示在每个维度里数组的大小。如 n 行 m 列的矩阵,它的 shape 就是(n,m)。

>>> b = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])

>>> b.shape

(2, 3)

ndarray.size:数组中所有元素的总量,相当于数组的 shape 中所有元素的乘积,例如矩阵的元素总量为行与列的乘积。

>>> b = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])

>>> b.size

6

ndarray.dtype:显示数组元素的类型。Python 中的标准 type 函数同样可以用于显示数组类型,NumPy 有它自己的类型如:numpy.int32, numpy.int16, 和 umpy.float64,其中「int」和「float」代表数据的种类是整数还是浮点数,「32」和「16」代表这个数组的字节数(存储大小)。

ndarray.itemsize:数组中每个元素的字节存储大小。例如元素类型为 float64 的数组,其 itemsize 为 8(=64/8)。

>>> import numpy as np

>>> a = np.arange(15).reshape(3, 5)

>>> a

array([[ 0, 1, 2, 3, 4],

[ 5, 6, 7, 8, 9],

[10, 11, 12, 13, 14]])

>>> a.shape

(3, 5)

>>> a.ndim

2

>>> a.dtype.name

int64

>>> a.itemsize

8

>>> a.size

15

>>> type(a)

<type numpy.ndarray >

>>> b = np.array([6, 7, 8])

>>> b

array([6, 7, 8])

>>> type(b)

<type numpy.ndarray >

创建数组

NumPy 有很多种创建数组的方法。比如,你可以用 Python 的列表(list)来创建 NumPy 数组,其中生成的数组元素类型与原序列相同。

>>> import numpy as np

>>> a = np.array([2,3,4])

>>> a

array([2, 3, 4])

>>> a.dtype

dtype( int64 )

>>> b = np.array([1.2, 3.5, 5.1])

>>> b.dtype

dtype( float64 )

一个常见的误差(error)在于调用 array 时使用了多个数值参数,而正确的方法应该是用「[]」来定义一个列表的数值而作为数组的一个参数。

>>> a = np.array(1,2,3,4) # WRONG

>>> a = np.array([1,2,3,4]) # RIGHT

array 将序列中的序列转换为二维的数组,序列中的序列中的序列转换为三维数组,以此类推。

>>> b = np.array([(1.5,2,3), (4,5,6)])

>>> b

array([[ 1.5, 2. , 3. ],

[ 4. , 5. , 6. ]])

数组的类型也可以在创建时指定清楚:

>>> b = np.array([(1.5,2,3), (4,5,6)])

>>> c = np.array( [ [1,2], [3,4] ], dtype=complex )

>>> c

array([[ 1.+0.j, 2.+0.j],

[ 3.+0.j, 4.+0.j]])

一般数组的内部元素初始是未知的,但它的大小是已知的。因此,NumPy 提供了一些函数可以创建有初始数值的占位符数组,这样可以减少不必要的数组增长及运算成本。

函数 zeros 可创建一个内部元素全是 0 的数组,函数 ones 可创建一个内部元素全是 1 的数组,函数 empty 可创建一个初始元素为随机数的数组,具体随机量取决于内存状态。默认状态下,创建数组的数据类型(dtype)一般是 float64。

>>> np.zeros( (3,4) )

array([[ 0., 0., 0., 0.],

[ 0., 0., 0., 0.],

[ 0., 0., 0., 0.]])

>>> np.ones( (2,3,4), dtype=np.int16 ) # dtype can also be specified

array([[[ 1, 1, 1, 1],

[ 1, 1, 1, 1],

[ 1, 1, 1, 1]],

[[ 1, 1, 1, 1],

[ 1, 1, 1, 1],

[ 1, 1, 1, 1]]], dtype=int16)

>>> np.empty( (2,3) ) # uninitialized, output may vary

array([[ 3.73603959e-262, 6.02658058e-154, 6.55490914e-260],

[ 5.30498948e-313, 3.14673309e-307, 1.00000000e+000]])

为了创建数列,NumPy 提供一个与 range 类似的函数来创建数组:arange。

>>> np.arange( 10, 30, 5 )

array([10, 15, 20, 25])

>>> np.arange( 0, 2, 0.3 ) # it accepts float arguments

array([ 0. , 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8])

当 arange 使用浮点型参数时,因为浮点精度的有限性,arange 不能判断有需要创建的数组多少个元素。在这种情况下,换成 linspace 函数可以更好地确定区间内到底需要产生多少个数组元素。

>>> from numpy import pi

>>> np.linspace( 0, 2, 9 ) # 9 numbers from 0 to 2

array([ 0. , 0.25, 0.5 , 0.75, 1. , 1.25, 1.5 , 1.75, 2. ])

>>> x = np.linspace( 0, 2*pi, 100 ) # useful to evaluate function at lots of points

>>> f = np.sin(x)

array, zeros, zeros_like, ones, ones_like, empty, empty_like, arange, linspace, numpy.random.rand, numpy.random.randn, fromfunction, fromfile (这些函数也可以创建数组,有时间可以尝试解释)

输出数组

当你输出一个数组时,NumPy 显示这个数组的方式和嵌套列表是相似的。但将数组打印到屏幕需要遵守以下布局:

最后一个轴由左至右打印

倒数第二个轴为从上到下打印

其余的轴都是从上到下打印,且每一块之间都通过一个空行分隔

如下所示,一维数组输出为一行、二维为矩阵、三维为矩阵列表。

>>> a = np.arange(6) # 1d array

>>> print(a)

[0 1 2 3 4 5]

>>>

>>> b = np.arange(12).reshape(4,3) # 2d array

>>> print(b)

[[ 0 1 2]

[ 3 4 5]

[ 6 7 8]

[ 9 10 11]]

>>>

>>> c = np.arange(24).reshape(2,3,4) # 3d array

>>> print(c)

[[[ 0 1 2 3]

[ 4 5 6 7]

[ 8 9 10 11]]

[[12 13 14 15]

[16 17 18 19]

[20 21 22 23]]]

上述使用的 reshape 函数可指定数组的行列数,并将所有元素按指定的维度数排列,详细介绍请看后面章节。在数组的打印中,如果一个数组所含元素数太大,NumPy 会自动跳过数组的中间部分,只输出两边。

>>> print(np.arange(10000))

[ 0 1 2 …, 9997 9998 9999]

>>>

>>> print(np.arange(10000).reshape(100,100))

[[ 0 1 2 …, 97 98 99]

[ 100 101 102 …, 197 198 199]

[ 200 201 202 …, 297 298 299]

…,

[9700 9701 9702 …, 9797 9798 9799]

[9800 9801 9802 …, 9897 9898 9899]

[9900 9901 9902 …, 9997 9998 9999]]

如果想要 NumPy 输出整个数组,你可以用 set_printoptions 改变输出设置。

>> np.set_printoptions(threshold=np.nan)

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原文链接:https://www.magedu.com/84609.html

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