NumPy数组
NumPy数组是一个多维数组对象,称为ndarray。其由两部分组成:
- 实际的数据
- 描述这些数据的元数据
大部分操作仅针对于元数据,而不改变底层实际的数据。
关于NumPy数组有几点必需了解的:
- NumPy数组的下标从0开始。
- 同一个NumPy数组中所有元素的类型必须是相同的。
NumPy数组属性
在详细介绍NumPy数组之前。先详细介绍下NumPy数组的基本属性。NumPy数组的维数称为秩(rank),一维数组的秩为1,二维数组的秩为2,以此类推。在NumPy中,每一个线性的数组称为是一个轴(axes),秩其实是描述轴的数量。比如说,二维数组相当于是两个一维数组,其中第一个一维数组中每个元素又是一个一维数组。所以一维数组就是NumPy中的轴(axes),第一个轴相当于是底层数组,第二个轴是底层数组里的数组。而轴的数量——秩,就是数组的维数。
NumPy的数组中比较重要ndarray对象属性有:
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ndarray.ndim:数组的维数(即数组轴的个数),等于秩。最常见的为二维数组(矩阵)。
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ndarray.shape:数组的维度。为一个表示数组在每个维度上大小的整数元组。例如二维数组中,表示数组的“行数”和“列数”。ndarray.shape返回一个元组,这个元组的长度就是维度的数目,即ndim属性。
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ndarray.size:数组元素的总个数,等于shape属性中元组元素的乘积。
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ndarray.dtype:表示数组中元素类型的对象,可使用标准的Python类型创建或指定dtype。另外也可使用前一篇文章中介绍的NumPy提供的数据类型。
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ndarray.itemsize:数组中每个元素的字节大小。例如,一个元素类型为float64的数组itemsiz属性值为8(float64占用64个bits,每个字节长度为8,所以64/8,占用8个字节),又如,一个元素类型为complex32的数组item属性为4(32/8)。
- ndarray.data:包含实际数组元素的缓冲区,由于一般通过数组的索引获取元素,所以通常不需要使用这个属性。
创建数组
先来介绍创建数组。创建数组的方法有很多。如可以使用array函数从常规的Python列表和元组创造数组。所创建的数组类型由原序列中的元素类型推导而来。
使用array函数创建时,参数必须是由方括号括起来的列表,而不能使用多个数值作为参数调用array。
可使用双重序列来表示二维的数组,三重序列表示三维数组,以此类推。可以在创建时显式指定数组中元素的类型
通常,刚开始时数组的元素未知,而数组的大小已知。因此,NumPy提供了一些使用占位符创建数组的函数。这些函数有助于满足除了数组扩展的需要,同时降低了高昂的运算开销。
用函数zeros可创建一个全是0的数组,用函数ones可创建一个全为1的数组,函数empty创建一个内容随机并且依赖与内存状态的数组。默认创建的数组类型(dtype)都是float64。
可以哟娜特d.dtype.itemsize来查看数组中元素占用的字节数目。
当arange使用浮点数参数时,由于浮点数精度有限,通常无法预测获得的元素个数。因此,最好使用函数linspace去接收我们想要的元素个数来代替用range来指定步长。linespace用法如下,将在通用函数一节中详细介绍。
数组中的元素是通过下标来访问的,可以通过方括号括起一个下标来访问数组中单一一个元素,也可以以切片的形式访问数组中多个元素。关于切片访问,将在切片一节介绍。知识点:NumPy中的数据类型
对于科学计算来说,Python中自带的整型、浮点型和复数类型远远不够,因此NumPy中添加了许多数据类型。如下:
名称 | 描述 |
bool | 用一个字节存储的布尔类型(True或False) |
inti | 由所在平台决定其大小的整数(一般为int32或int64) |
int8 | 一个字节大小,-128 至 127 |
int16 | 整数,-32768 至 32767 |
int32 | 整数,-2 ** 31 至 2 ** 32 -1 |
int64 | 整数,-2 ** 63 至 2 ** 63 - 1 |
uint8 | 无符号整数,0 至 255 |
uint16 | 无符号整数,0 至 65535 |
uint32 | 无符号整数,0 至 2 ** 32 - 1 |
uint64 | 无符号整数,0 至 2 ** 64 - 1 |
float16 | 半精度浮点数:16位,正负号1位,指数5位,精度10位 |
float32 | 单精度浮点数:32位,正负号1位,指数8位,精度23位 |
float64或float | 双精度浮点数:64位,正负号1位,指数11位,精度52位 |
complex64 | 复数,分别用两个32位浮点数表示实部和虚部 |
complex128或complex | 复数,分别用两个64位浮点数表示实部和虚部 |
NumPy类型转换方式如下:
输出数组
当输出一个数组时,NumPy以特定的布局用类似嵌套列表的形式显示:
- 第一行从左到右输出
- 每行依次自上而下输出
- 每个切片通过一个空行与下一个隔开
- 一维数组被打印成行,二维数组成矩阵,三维数组成矩阵列表。
reshape将在下一篇文章中介绍
如果一个数组太长,则NumPy自动省略中间部分而只打印两端的数据:
可通过设置printoptions参数来禁用NumPy的这种行为并强制打印整个数组。
这样,输出时数组的所有元素都会显示出来。