NumPy(Numerical Python) 是科学计算基础库，提供大量科学计算相关功能，比如数据 统计，随机数生成等。其提供最核心类型为多维数组类型（ndarray），支持大量的维度数组 与矩阵运算，Numpy 支持向量处理 ndarray 对象，提高程序运算速度。
数组的创建
array 创建 numpy 模块的 array 函数可以生成多维数组。例如，如果要生成一个二维数组，需要向 array 函数传递一个列表类型的参数。每一个列表元素是一维的 ndarray 类型数组，作为二维 数组的行。另外，通过 ndarray 类的 shape 属性可以获得数组每一维的元素个数（元组形式）， 也可以通过 shape[n]形式获得每一维的元素个数，其中 n 是维度，从 0 开始。
语法格式如下：
numpy.array(object, dtype = None, copy = True, order = None, subok = False, ndmin = 0)array 参数说明
| 描述 | 说明 |
|---|---|
| object | 数组或嵌套的数列 |
| dtype | 数组元素的数据类型，可选 |
| copy | 对象是否需要复制，可选 |
| order | 创建数组的样式，C 为行方向，F 为列方向，A 为任意方向（默 认） |
| subok | 默认返回一个与基类类型一致的数组 |
| ndmin | 指定生成数组的最小维度 |
创建一维
import numpy as np
b = np.array([1,2,3,4,5,6])
print(b)
print('b数组的维度:',b.shape)运行结果为:
[1 2 3 4 5 6]
b数组的维度: (6,)创建二维
import numpy as np
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
print(a)
print("a数组的维度:",a.shape)运行结果为:
[[1 2 3]
[4 5 6]
[7 8 9]]
a数组的维度: (3, 3)ndmin 参数的使用
import numpy as np
a = np.array([1,2,3,4,5,6],ndmin=4)
print(a)运行结果为:
[[[[1 2 3 4 5 6]]]]dtype 参数的使用
import numpy as np
a = np.array([1,2,3],dtype=complex)
print(a)运行结果为:
[1.+0.j 2.+0.j 3.+0.j]arange 创建
使用 arange 函数创建数值范围并返回 ndarray 对象，函数格式如下：
numpy.arange(start, stop, step, dtype)arange 参数说明
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| start | 起始值，默认为 0 |
| stop | 终止值（不包含） |
| step | 步长，默认为 1 |
| dtype | 返回 ndarray 的数据类型，如果没有提供，则会使用输入数据的类型 |
arange 生成 0 到 5 的数组
import numpy as np
x = np.arange(0,6,dtype=int)
print(x)运行结果为:
[0 1 2 3 4 5]arange 设置了起始值、终止值及步长
import numpy as np
x = np.arange(10,20,2,dtype=float)
print(x)运行结果为:
[10. 12. 14. 16. 18.]arange 创建二维数组
import numpy as np
b = np.array([np.arange(1,4),np.arange(4,7),np.arange(7,10)])
print(b)
print("b数组的维度是:",b.shape)运行结果为:
[[1 2 3]
[4 5 6]
[7 8 9]]
b数组的维度是: (3, 3)随机数创建
numpy.random.random(size=None) 该方法返回[0.0, 1.0)范围的随机数。numpy.random.random(size=None)的使用
import numpy as np
x = np.random.random(size=4)
y = np.random.random(size=(3,4))
print(x)
print("------------------------------------")
print(y)运行结果为:
[0.39991409 0.27915768 0.53261798 0.37074104]
------------------------------------
[[0.43350394 0.15846519 0.31325405 0.97243969]
[0.58468269 0.65362944 0.30493845 0.8195611 ]
[0.93817092 0.84034127 0.66913598 0.17711244]]numpy.random.randint()
该方法有三个参数 low、high、size 三个参数。默认 high 是 None,如果只有 low，那 范围就是[0,low)。如果有 high，范围就是[low,high)。
numpy.random.randint()的使用
import numpy as np
# numpy.random.randint()的使用
# #生成 [0,low)范围的随机整数
x = np.random.randint(5, size=10)
print(x)
# 生成[low,high)范围的随机整数
y = np.random.randint(5,10,size=10)
print(y)
# 生成[low,high)范围的 2*4 的随机整数
z = np.random.randint(5,10,size=(2,4))
print(z)运行结果为:
[1 1 1 0 0 2 3 4 3 3]
[6 8 8 6 7 5 5 7 9 5]
[[9 5 6 9]
[7 9 9 7]]numpy.random.randn(d0,d1,…,dn)
randn 函数返回一个或一组样本，具有标准正态分布（期望为 0，方差为 1）。 dn 表格每个维度 返回值为指定维度的 array
# randn 函数返回一个或一组样本，具有标准正态分布
import numpy as np
x = np.random.randn()
print(x)
y = np.random.randn(2,4)
print(y)
z = np.random.randn(2,3,4)
print(z)运行结果为:
0.959465153260656
[[-0.76539282 -0.87632674 0.06145131 -0.06147865]
[-0.55543007 -0.13134546 -1.4261319 0.17214542]]
[[[ 0.4146544 0.08115705 -1.16205841 -0.29338812]
[ 0.08396677 -1.01104743 -1.08320293 -0.42825476]
[-0.24699154 0.19283108 1.28023375 -0.90880636]]
[[-0.61497592 -0.16630262 0.98212104 0.16648512]
[-0.29560375 1.80980884 0.4643258 -0.08994346]
[ 0.51603959 0.60209728 -0.36441993 -0.64000876]]]np.random.normal 指定期望和方差的正太分布
正太分布（高斯分布）loc：期望 scale：方差 size 形状 print(np.random.normal(loc=3,scale=4,size=(2,2,3)))
import numpy as np
print(np.random.normal(loc=3,scale=4,size=(2,2,3)))运行结果为:
[[[ 4.63209718 10.47901373 3.4205948 ]
[ 1.40387603 1.9902945 -2.82863523]]
[[ 7.47168385 2.35654862 3.27221657]
[ 5.65582039 5.44416044 2.75192624]]]ndarray 对象
NumPy 最重要的一个特点是其 N 维数组对象 ndarray，它是一系列同类型数据的集 合，以 0 下标为开始进行集合中元素的索引。 ndarray 对象是用于存放同类型元素的多维数组。 ndarray 中的每个元素在内存中都有相同存储大小的区域。 ndarray 内部由以下内容组成：
- □ 一个指向数据（内存或内存映射文件中的一块数据）的指针。
- □ 数据类型或 dtype，描述在数组中的固定大小值的格子。
- □ 一个表示数组形状（shape）的元组，表示各维度大小的元组。
NumPy 的数组中比较重要 ndarray 对象属性有：
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| ndarray.ndim | 秩，即轴的数量或维度的数量 |
| ndarray.shape | 数组的维度，对于矩阵，n 行 m 列 |
| ndarray.size | 数组元素的总个数，相当于 .shape 中 n*m 的值 |
| ndarray.dtype | ndarray 对象的元素类型 |
| ndarray.itemsize | ndarray 对象中每个元素的大小，以字节为单位 |
| ndarray.flags | ndarray 对象的内存信息 |
| ndarray.real | ndarray 元素的实部 |
| ndarray.imag | ndarray 元素的虚部 |
| 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。 |
ndarray 属性测试
import numpy as np
x1 = np.random.randint(10, size=6)
print(x1)
x2 = np.random.randint(10, size=(3, 4))
print(x2)
x3 = np.random.randn(3, 4, 5)
print("ndim属性".center(20, "*"))
print("ndim:", x1.ndim, x2.ndim, x3.ndim)
print("shape属性".center(20, "*"))
print("shape:", x1.shape, x2.shape, x3.shape)
print("dtype属性".center(20, "*"))
print("dtype:", x1.dtype, x2.dtype, x3.dtype)
print("size属性".center(20, "*"))
print("size:", x1.size, x2.size, x3.size)
print("itemsize属性".center(20, "*")) # 一个字节是8位
print("itemsize", x1.itemsize, x2.itemsize, x3.itemsize)运行结果为:
[7 2 6 6 2 8]
[[6 6 5 0]
[4 6 3 7]
[2 2 7 7]]
*******ndim属性*******
ndim: 1 2 3
******shape属性*******
shape: (6,) (3, 4) (3, 4, 5)
******dtype属性*******
dtype: int32 int32 float64
*******size属性*******
size: 6 12 60
*****itemsize属性*****
itemsize 4 4 8其他方式创建
ndarray 数组除了可以使用底层 ndarray 构造器来创建外，也可以通过以下几种方式来创 建。
zeros 创建指定大小的数组，数组元素以 0 来填充：
numpy.zeros(shape, dtype = float, order = 'C') zeros 创建
import numpy as np
x = np.zeros(5)
print(x)
#设置类型位整数
y = np.zeros((5,),dtype=int)
print(y)
z = np.zeros((2,2))
print(z)运行结果如下:
[0. 0. 0. 0. 0.]
[0 0 0 0 0]
[[0. 0.]
[0. 0.]]numpy.ones 创建指定形状的数组，数组元素以 1 来填充：
numpy.ones(shape, dtype = None, order = 'C')ones 创建
import numpy as np
x = np.ones(5)
print(x)
y = np.ones((3,4),dtype=int)
print(y)运行结果如下:
[1. 1. 1. 1. 1.]
[[1 1 1 1]
[1 1 1 1]
[1 1 1 1]]numpy.empty 方法用来创建一个指定形状（shape）、数据类型（dtype）且未初始化的 数组，里面的元素的值是之前内存的值：
numpy.empty(shape, dtype = float, order = 'C')| 参数 | 描述 |
|---|---|
| shape | 数组形状 |
| dtype | 数据类型，可选 |
| order | 有"C"和"F"两个选项,分别代表，行优先和列优先，在计算机内存 中的存储元素的顺序。 |
empty 创建
import numpy as np
x = np.empty([3,2],dtype=int)
print(x)运行结果如下:
[[6619222 7536754]
[7274601 110]
[6553673 0]]linspace 函数用于创建一个一维数组，数组是一个等差数列构成的，格式如下：
np.linspace(start, stop, num=50, endpoint=True, retstep=False, dtype=None)| 参数 | 描述 |
|---|---|
| start | 序列的起始值 |
| stop | 序列的终止值，如果 endpoint 为 true，该值包含于数列中 |
| num | 要生成的等步长的样本数量，默认为 50 |
| endpoint | 该值为 ture 时，数列中中包含 stop 值，反之不包含，默认是 True。 |
| retstep | 如果为 True 时，生成的数组中会显示间距，反之不显示。 |
| dtype | ndarray 的数据类型 |
linspace 创建等差数列
import numpy as np
x = np.linspace(1,10,10)
print(x)运行结果如下:
[ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.]linspace 创建等差数列 endpoint 设为 true
import numpy as np
x = np.linspace(10,20,5,endpoint=True)
print(x)运行结果如下:
[10. 12.5 15. 17.5 20. ]linspace 创建等差数列 endpoint 设为 true，retstep=True
import numpy as np
x = np.linspace(10,20,5,endpoint=True,retstep=True)
print(x)运行结果如下:
(array([10. , 12.5, 15. , 17.5, 20. ]), 2.5)numpy.logspace 函数用于创建一个于等比数列。 格式如下：
np.logspace(start, stop, num=50, endpoint=True, base=10.0, dtype=None)| 参数 | 描述 |
|---|---|
| start | 序列的起始值为：base ** start |
| stop | 序列的终止值为：base ** stop。如果 endpoint 为 true，该值包含于数列中 |
| num | 要生成的等步长的样本数量，默认为 50 |
| endpoint | 该值为 ture 时，数列中中包含 stop 值，反之不包含，默认是 True。 |
| base | 对数 log 的底数。 |
| dtype | ndarray 的数据类型 |
logspace 创建等比数列
import numpy as np
x = np.logspace(0,9,10,base=2)
print(x)运行结果如下:
[ 1. 2. 4. 8. 16. 32. 64. 128. 256. 512.]eye()
import numpy as np
print(np.eye(5))
# 创建一个正方的N*N的单位矩阵，对角线值为1，其余为0运行结果如下:
[[1. 0. 0. 0. 0.]
[0. 1. 0. 0. 0.]
[0. 0. 1. 0. 0.]
[0. 0. 0. 1. 0.]
[0. 0. 0. 0. 1.]]ndarray的数据类型
- 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