python中numpy包使用教程之数组和相关操作详解

脚本专栏 2024/11/7 佚名

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前言

大家应该都有所了解，下面就简单介绍下Numpy，NumPy(Numerical Python)是一个用于科学计算第三方的Python包。

NumPy提供了许多高级的数值编程工具，如：矩阵数据类型、矢量处理，以及精密的运算库。专为进行严格的数字处理而产生。下面本文将详细介绍关于python中numpy包使用教程之数组和相关操作的相关内容，下面话不多说，来一起看看详细的介绍：

一、数组简介

Numpy中，最重要的数据结构是：多维数组类型（numpy.ndarray）

ndarray由两部分组成：

实际所持有的数据；
描述这些数据的元数据（metadata）

数组（即矩阵）的维度被称为axes，维数称为rank

ndarray 的重要属性包括:

ndarray.ndim：数组的维数，也称为rank
ndarray.shape：数组各维的大小，对一个n行m列的矩阵来说， shape 为 (n,m)
ndarray.size：元素的总数。
ndarray.dtype：每个元素的类型，可以是numpy.int32, numpy.int16, and numpy.float64等
ndarray.itemsize：每个元素占用的字节数。
ndarray.data：指向数据内存。

二、数组的使用

使用numpy前要先导入模块，使用下面的语句导入模块：

improt numpy as np #其中np为numpy的别名，是一种习惯用法

1.使用array方法生成数组

array，也就是数组，是numpy中最基础的数据结构，最关键的属性是维度和元素类型，在numpy中，可以非常方便地创建各种不同类型的多维数组，并且执行一些基本基本操作，生成数组的方法有一下几种：
以list或tuple变量产生以为数组：

> print np.array([1,2,3,4]) 
[1 2 3 4] 
> print np.array((1.2,2,3,4)) 
[ 1.2 2. 3. 4. ]

以list或tuple变量为元素产生二维数组或者多维数组：

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

2.使用numpy.arange方法生成数组

> print np.arange(15) 
[ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14] 
> print type(np.arange(15)) 
<type 'numpy.ndarray'>

3.使用内置函数生成特殊矩阵（数组）

零矩阵

> print np.zeros((3,4)) 
[[ 0. 0. 0. 0.] 
 [ 0. 0. 0. 0.] 
 [ 0. 0. 0. 0.]]

一矩阵

> print np.ones((3,4)) 
[[ 1. 1. 1. 1.] 
 [1. 1. 1. 1.] 
 [ 1. 1. 1. 1.]]

单位矩阵

> print np.eye(3) 
[[ 1. 0. 0.] 
 [0. 1. 0.] 
 [ 0. 0. 1.]]

4.索引与切片

> x = np.array(((1,2,3),(4,5,6))) 
> x[1,2] #获取第二行第三列的数 
6

> y=x[:,1] #获取第二列 
> y 
array([2, 5])

与python语法一致，不再举例。

5.获取数组属性

> a = np.zeros((2,2,2)) 
> print a.ndim #数组的维数 
3 
> print a.shape #数组每一维的大小 
(2, 2, 2) 
> print a.size #数组的元素数 
8 
> print a.dtype #元素类型 
float64 
> print a.itemsize #每个元素所占的字节数 
8

6.数组变换

多维转换为一维：

> x 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]]) 
> x.flatten() 
array([1, 2, 3, 4, 5, 6])

一维转换为多维：

> print np.arange(15).reshape(3,5) #改变形状，将一维的改成三行五列 
[[ 0 1 2 3 4] 
 [ 5 6 7 8 9] 
 [10 11 12 13 14]]

转置：

> x 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]]) 
> x.transpose() 
array([[1, 4], 
  [2, 5], 
  [3, 6]])

7.数组组合

水平组合：

> y=x 
> numpy.hstack((x,y)) 
array([[1, 2, 3, 1, 2, 3], 
  [4, 5, 6, 4, 5, 6]]

垂直组合

> numpy.vstack((x,y)) 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]])

用concatenate函数可以同时实现这两种方式，通过指定axis参数，默认为0，垂直组合。

> numpy.concatenate((x,y)) 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]]) 
> numpy.concatenate((x,y),axis=1) 
array([[1, 2, 3, 1, 2, 3], 
  [4, 5, 6, 4, 5, 6]])

8.数组分割

垂直分割

> z 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]]) 
> numpy.vsplit(z,2) #注意这里设置的分割数目必须可以被行数整除 
[array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]]), array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6]])]

水平分割

> numpy.hsplit(z,3) 
[array([[1], 
  [4], 
  [1], 
  [4]]), array([[2], 
  [5], 
  [2], 
  [5]]), array([[3], 
  [6], 
  [3], 
  [6]])]

用split函数可以同时实现这两个效果，通过设置其axis参数区别，与组合类似，这里不在演示。

三、矩阵

通过上面对数组的操作可以知道，numpy中可以通过数组模拟矩阵，但是numpy也有专门处理矩阵的数据结构——matrix。

1.生成矩阵

> numpy.mat('1 2 3;4 5 6;7 8 9') 
matrix([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [7, 8, 9]])

2.数组矩阵转化

矩阵转数组

> m=numpy.mat('1 2 3;4 5 6;7 8 9') 
> numpy.array(m) 
array([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [7, 8, 9]])

数组转矩阵

> n=numpy.array(m) 
> numpy.mat(n) 
matrix([[1, 2, 3], 
  [4, 5, 6], 
  [7, 8, 9]])

3.矩阵方法

求逆：

> m.I 
matrix([[ -4.50359963e+15, 9.00719925e+15, -4.50359963e+15], 
  [ 9.00719925e+15, -1.80143985e+16, 9.00719925e+15], 
  [ -4.50359963e+15, 9.00719925e+15, -4.50359963e+15]])

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对的支持

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