• Python基础之数组和向量化计算总结


    一、多维数组

    1、生成ndarray     (array函数)   

    .np.array()生成多维数组

    例如:import numpy as np
    data1=[6,7.5,8,0,1]     #创建简单的列表
    print(data1)
    arr1=np.array(data1)    #将列表创建数组
    print(arr1)

    2、ndarry的数据类型

    1)dtype()   #获取数组元素类型(浮点数、复数、整数等)

    data=np.random.randn(2,3)   #生成随机数组
    print(data)
    print(data.shape)    #返回数组的形状
    print(data.dtype)   

    2)转化数组的数据类型astype()   astype生成一个新的数组

    import numpy as np

    a=np.array([0.11,2.2,3])

    print(a)

    b=a.astype(np.int)

    print(b)          补充:python中type 获取数据类型

    3、numpy数组算术

    1)逐元素操作

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

    print(arr)

    print(arr*arr)

    4、索引与切片

    1)基础索引与切片

    arr=np.arange(10)
    print(arr)
    print(arr[5:8])
    arr[5:8]=12
    print(arr)

    2)布尔索引

    names=np.array(["Bob","Joe","Will","Bob","Will","Joe","Joe",])

    print(names=="Bob")   #结果:[ True False False  True False False False]

    5、数组转置与换轴

    1)arr.T    #数组转置

    补充简单的一维和二维数组的转置就是线性代数中的行列相互交换。而对于高维数组的转置:

    import numpy as np

    a = np.arange(12).reshape(2, 2, 3)  

    #创建一个三维矩阵,由2个2*3的矩阵块组成

    print(a)    #结果为:

    [[[ 0  1  2]      #运行结果:其中每个元素都有其唯一的坐标(x,y,z)例如:0的标为(0,0,0),1的坐标为:(0,1,0)........11的坐标为(1,1,2)

       [ 3  4  5]]

       [[ 6  7  8]

       [ 9 10 11]]]

    Print(a.T)   #Output为:数组变为了3个2*2的矩阵了。而各元素的坐标变为:0:(0,0,0),1:(1,0,0),........11:(2,1,1)每个元素坐标的,其实T操作等同于后面两种方法a.transpose(2,1,0)x轴和z轴的交换以及a.swapaxes(0,2)

    [[[ 0  6]

      [ 3  9]]

     [[ 1  7]

      [ 4 10]]

     [[ 2  8]

      [ 5 11]]]

     2)内积:np.dot()     x.dot()等价于np.dot(x,y)

    arr=np.random.randn(6,3)
    print(arr)
    print(arr.T)
    print(np.dot(arr.T,arr))

    (3)换轴:transpose()

    对于高维数组,transpose()方法的参数需要得到一个由轴编号(轴编号自0开始)序列构成的元组才能对轴进行转置只需要调换轴对应数字参数的顺序就可以将数组进行轴的变换。

    arr=np.arrange(16).reshape((2,2,6))

    arr.transpose((1,0,2))          #将第二个轴和第一个轴变换位置

    运行结果为:[[[ 0  1  2  3]

    [ 8  9 10 11]]

    [[ 4  5  6  7]

                  [12 13 14 15]]]

    Swapaxes方法,直接进行轴的交换

    二、函数

    1、一元通用函数

    1)平方根  sqrt()

    arr=np.arange(10)
    print(arr)
    print(np.sqrt(arr))

    2)自然指数值  exp()

    print(np.exp(arr))    

    3)返回数组的小数部分和整数部分  modf()

    arr=np.random.randn(7)*5
    print(arr)
    remainder,whole_part=np.modf(arr)
    print(remainder)
    print(whole_part)

    2、二元通用函数

    1)最大值  maximum()

    x=np.random.randn(8)
    print(x)
    y=np.random.randn(8)
    print(y)
    print(np.maximum(x,y))

    3、矩阵分解的标准函数集                  ???

    1)、numpy.linalg()

    1.1)、方阵的逆矩阵  inv()

    1.2)、QR分解  qr()

    from numpy.linalg import inv,qr
    x=np.random.randn(5,5)
    print(x)
    mat=x.T.dot(x) #内积
    print(inv(mat))  #求逆
    q,r=qr(mat)
    print(r)

    4、随机数生成器

    numpy.random()

    注意:产生随机数random.randn()random.rand(n)的区别random.randn(n)是从标准正态分布中返回一个或者多个样本值,random.rand(n,m)表示由位于(0,1)中的随机数填充的n*m的矩阵。

    三、数组编程

    1、将条件逻辑作为数组操作  where()

    xarr=np.array([1.1,1.2,1.3,1.4,1.5])
    yarr=np.array([2.1,2.2,2.3,2.4,2.5])
    cond=np.array([True,False,True,True,False])      #是否是x的值
    result=np.where(cond,xarr,yarr)
    print(result)               #result([1.1,2.2,1.3,1.4,2.5])

    2、数学和统计方法  mean()平均值sum()求和cumsum()#0元素来累计和cumprod()  # 1元素来累计积         ???

    arr=np.random.randn(5,4)
    print(arr)
    print(arr.mean())      #取总均值
    print(np.mean(arr))
    print(arr.mean(axis=1))    #按列数取均值
    print(arr.mean(1))

    3、布尔值数组的方法   any()   all()    ???

    print(arr.sum(0))         #0元素来是加总
    arr=np.array([[0,1,2],[3,4,5],[6,7,8]])
    print(arr)
    print(arr.cumsum(axis=0))    #axis=0行数加总   
    print(arr.cumprod(axis=1))     #axis=1列数加总
    bools=np.array([False,False,True,False])
    print(bools.any())   #至少有一个
    print(bools.all())     #全部都是

    4、计算唯一值并排序:unique()

    ints=np.array([3,3,3,2,2,1,1,4,4])
    print(np.unique(ints))   #唯一值    结果:[1 2 3 4]

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