Python-Numpy数组计算

2021-01-06 17:47:20 浏览数 (1)

参考链接: Python中的numpy.greater

一、NumPy:数组计算 

1、NumPy是高性能科学计算和数据分析的基础包。它是pandas等其他各种工具的基础。 2、NumPy的主要功能: 

ndarray,一个多维数组结构,高效且节省空间无需循环对整组数据进行快速运算的数学函数*读写磁盘数据的工具以及用于操作内存映射文件的工具*线性代数、随机数生成和傅里叶变换功能*用于集成C、C 等代码的工具

3、安装方法:pip install numpy 

二、NumPy:ndarray-多维数组对象 

1、创建ndarray:np.array() 

2、ndarray是多维数组结构,与列表的区别是: 

数组对象内的元素类型必须相同数组大小不可修改

3、常用属性: 

T 数组的转置(对高维数组而言)dtype 数组元素的数据类型size 数组元素的个数ndim 数组的维数shape 数组的维度大小(以元组形式)

4、常用方法 

array.shape                         array的规格

array.ndim      

array.dtype                         array的数据规格

numpy.zeros(dim1,dim2)              创建dim1*dim2的零矩阵

numpy.arange

numpy.eye(n) /numpy.identity(n)     创建n*n单位矩阵

numpy.array([…data…], dtype=float64 )

array.astype(numpy.float64)         更换矩阵的数据形式

array.astype(float)                 更换矩阵的数据形式

array * array                       矩阵点乘

array[a:b]                          切片

array.copy()                        得到ndarray的副本,而不是视图

array [a] [b]=array [ a, b ]        两者等价

name=np.array(['bob','joe','will']) res=name==’bob’ res= array([ True, False, False], dtype=bool)

data[True,False,…..]                索引,只索取为True的部分,去掉False部分

通过布尔型索引选取数组中的数据,将总是创建数据的副本。

data[ [4,3,0,6] ]                   索引,将第4,3,0,6行摘取出来,组成新数组

data[-1]=data[data.__len__()-1]

numpy.reshape(a,b)                  将a*b的一维数组排列为a*b的形式

array([a,b,c,d],[d,e,f,g])          返回一维数组,分别为[a,d],[b,e],[c,f],[d,g]

array[ [a,b,c,d] ][:,[e,f,g,h] ]=array[ numpy.ix_( [a,b,c,d],[e,f,g,h] ) ]

array.T                             array的转置

numpy.random.randn(a,b)             生成a*b的随机数组

numpy.dot(matrix_1,matrix_2)        矩阵乘法

array.transpose( (1,0,2,etc.) )     对于高维数组,转置需要一个由轴编号组成的元组 

三、NumPy:ndarray-数据类型 

ndarray数据类型:dtype:布尔型:bool_整型:int_ int8 int16 int32 int64无符号整型:uint8 uint16 uint32 uint64浮点型:float_ float16 float32 float64复数型:complex_ complex64 complex128

四、NumPy:ndarray-创建 

创建ndarray:

    array()         将列表转换为数组,可选择显式指定dtype

    arange()        range的numpy版,支持浮点数

    linspace()      类似arange(),第三个参数为数组长度

    zeros()         根据指定形状和dtype创建全0数组

    ones()          根据指定形状和dtype创建全1数组

    empty()         根据指定形状和dtype创建空数组(随机值)

    eye()           根据指定边长和dtype创建单位矩阵 

五、NumPy:索引和切片 

1、数组和标量之间的运算

    a 1    a*3    1//a    a**0.5

2、同样大小数组之间的运算

    a b    a/b    a**b

3、数组的索引:

    一维数组:a[5]

    多维数组:

        列表式写法:a[2][3]

        新式写法:a[2,3] (推荐)

   数组的切片:

        一维数组:a[5:8]    a[4:]        a[2:10] = 1

        多维数组:a[1:2, 3:4]    a[:,3:5]        a[:,1]

4、强调:与列表不同,数组切片时并不会自动复制,在切片数组上的修改会影响原数组。    【解决方法:copy()】 

六、NumPy:布尔型索引 

问题:给一个数组,选出数组中所有大于5的数。   答案:a[a>5]   原理:     a>5会对a中的每一个元素进行判断,返回一个布尔数组     布尔型索引:将同样大小的布尔数组传进索引,会返回一个由所有True对应位置的元素的数组 

问题2:给一个数组,选出数组中所有大于5的偶数。 问题3:给一个数组,选出数组中所有大于5的数和偶数。   答案:      a[(a>5) & (a%2==0)]      a[(a>5) | (a%2==0)] 

import numpy as np

a = np.array([1,2,3,4,5,4,7,8,9,10])

a[a>5&(a%2==0)]  #注意加括号,不叫括号错误,如下

输出:array([ 1,  2,  3,  4,  5,  4,  7,  8,  9, 10])

a[(a>5)&(a%2==0)]

输出:array([ 8, 10]) 

七、NumPy:花式索引* 

问题1:对于一个数组,选出其第1,3,4,6,7个元素,组成新的二维数组。

答案:a[[1,3,4,6,7]]

问题2:对一个二维数组,选出其第一列和第三列,组成新的二维数组。

答案:a[:,[1,3]] 

八、NumPy:通用函数’ 

通用函数:能同时对数组中所有元素进行运算的函数 

常见通用函数: 

一元函数:abs, sqrt, exp, log, ceil,  

numpy.sqrt(array)                   平方根函数   

numpy.exp(array)                    e^array[i]的数组

numpy.abs/fabs(array)               计算绝对值

numpy.square(array)                 计算各元素的平方 等于array**2

numpy.log/log10/log2(array)         计算各元素的各种对数

numpy.sign(array)                   计算各元素正负号

numpy.isnan(array)                  计算各元素是否为NaN

numpy.isinf(array)                  计算各元素是否为NaN

numpy.cos/cosh/sin/sinh/tan/tanh(array) 三角函数

numpy.modf(array)                   将array中值得整数和小数分离,作两个数组返回

numpy.ceil(array)                   向上取整,也就是取比这个数大的整数 

numpy.floor(array)                  向下取整,也就是取比这个数小的整数

numpy.rint(array)                   四舍五入

numpy.trunc(array)                  向0取整 

numpy.cos(array)                       正弦值

numpy.sin(array)                    余弦值 

numpy.tan(array)                    正切值  

二元函数:add, substract, multiply,  

numpy.add(array1,array2)            元素级加法

numpy.subtract(array1,array2)       元素级减法

numpy.multiply(array1,array2)       元素级乘法

numpy.divide(array1,array2)         元素级除法 array1./array2

numpy.power(array1,array2)          元素级指数 array1.^array2

numpy.maximum/minimum(array1,aray2) 元素级最大值

numpy.fmax/fmin(array1,array2)      元素级最大值,忽略NaN

numpy.mod(array1,array2)            元素级求模

numpy.copysign(array1,array2)       将第二个数组中值得符号复制给第一个数组中值

numpy.greater/greater_equal/less/less_equal/equal/not_equal (array1,array2)

元素级比较运算,产生布尔数组

numpy.logical_end/logical_or/logic_xor(array1,array2)元素级的真值逻辑运算 

九、补充知识:浮点数特殊值 

1、浮点数:float 

nan(Not a Number):不等于任何浮点数(nan != nan)inf(infinity):比任何浮点数都大

在数据分析中,nan常被表示为数据缺失值 

2、NumPy中创建特殊值:np.nan 

3、在数据分析中,nan常被用作表示数 

据缺失值 

既然nan连自己都不相等,那么怎么判断是不是NAN呢? 用a==a 只要返回False就能判断 

十、NumPy:数学和统计方法 

常用函数: 

sum 求和cumsum 求前缀和mean 求平均数std 求标准差var 求方差min 求最小值max 求最大值argmin 求最小值索引argmax 求最大值索引

十一、NumPy:随机数生成 

随机数生成函数在np.random子包内 常用函数 

  rand 给定形状产生随机数组(0到1之间的数)randint 给定形状产生随机整数choice 给定形状产生随机选择shuffle 与random.shuffle相同uniform 给定形状产生随机数组

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