1、安装
NumPy
是第三方库,需要手动安装
1 | pip3 install numpy |
2、NumPy支持类型
类型 | 解释 |
---|---|
bool | 布尔类型,1 个字节,值为 True 或 False。 |
int | 整数类型,通常为 int64 或 int32 。 |
intc | 与 C 里的 int 相同,通常为 int32 或 int64。 |
intp | 用于索引,通常为 int32 或 int64。 |
int8 | 字节(从 -128 到 127) |
int16 | 整数(从 -32768 到 32767) |
int32 | 整数(从 -2147483648 到 2147483647) |
int64 | 整数(从 -9223372036854775808 到 9223372036854775807) |
uint8 | 无符号整数(从 0 到 255) |
uint16 | 无符号整数(从 0 到 65535) |
uint32 | 无符号整数(从 0 到 4294967295) |
uint64 | 无符号整数(从 0 到 18446744073709551615) |
float | float64 的简写。 |
float16 | 半精度浮点,5 位指数,10 位尾数 |
float32 | 单精度浮点,8 位指数,23 位尾数 |
float64 | 双精度浮点,11 位指数,52 位尾数 |
complex | complex128 的简写。 |
complex64 | 复数,由两个 32 位浮点表示。 |
complex128 | 复数,由两个 64 位浮点表示。 |
1、创建numpy
数组时指定变量类型
1 | import numpy as np |
2、类型转换
在 NumPy 中,还有一系列以 as 开头的方法,它们可以将特定输入转换为数组,亦可将数组转换为矩阵、标量,ndarray
等
asarray(a,dtype,order)
:将特定输入转换为数组。asanyarray(a,dtype,order)
:将特定输入转换为ndarray
。asmatrix(data,dtype)
:将特定输入转换为矩阵。asfarray(a,dtype)
:将特定输入转换为float
类型的数组。asarray_chkfinite(a,dtype,order)
:将特定输入转换为数组,检查NaN
或infs
。asscalar(a)
:将大小为 1 的数组转换为标量。
1 | a = np.arange(4).reshape(2, 2) |
3、NumPy创建数组
1、创建 ndarray
数组的方式:
- 从列表、元组等数据结构转换
1 | numpy.array(object, dtype=None, copy=True, order=None, subok=False, ndmin=0) |
- 使用
numpy.arange
、numpy.ones
、numpy.zeros
等方法创建
numpy.arange()
的功能是在给定区间内创建一系列均匀间隔的值。
1 | numpy.arange(start, stop, step, dtype=None) |
从存储空间读取数组
使用字符串或缓冲区从原始字节创建数组
使用特殊函数,如
random
2、ndarray
数组属性
1 | a: np.ndarray = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]) |
4、数组维度和形状
1、重设形状
reshape
可以在不改变数组数据的同时,改变数组的形状。
1 | # numpy.reshape(a, newshape) |
resize
对数组尺寸进行重新设定。(reshape
在改变形状时,不会影响原数组,相当于对原数组做了一份拷贝。而 resize
则是对原数组执行操作。)
1 | # numpy.resize(a,new_shape) |
2、数组展开
ravel
的目的是将任意形状的数组扁平化,变为 1 维数组。
1 | # numpy.ravel(a, order='C') |
3、轴移动
moveaxis
可以将数组的轴移动到新的位置。
1 | # numpy.moveaxis(a, source, destination) |
4、轴交换
和 moveaxis
不同的是,swapaxes
可以用来交换数组的轴。
1 | # numpy.swapaxes(a, axis1, axis2) |
5、数组转置
transpose
类似于矩阵的转置,它可以将 2 维数组的横轴和纵轴交换。
1 | # numpy.transpose(a, axes=None) |
6、维度改变
atleast_xd
支持将输入数据直接视为 x
维。这里的 x
可以表示:1,2,3
。
1 | # numpy.atleast_1d() |
7、数组链接
concatenate
可以将多个数组沿指定轴连接在一起。(需要保证连接处的维数一致)
1 | # numpy.concatenate((a1, a2, ...), axis=0) |
8、数组堆叠
在 NumPy 中,以下方法可用于数组的堆叠:
stack(arrays,axis)
:沿着新轴连接数组的序列。column_stack()
:将 1 维数组作为列堆叠到 2 维数组中。hstack()
:按水平方向堆叠数组。vstack()
:按垂直方向堆叠数组。dstack()
:按深度方向堆叠数组。
1 | a = np.array([1, 2, 3]) |
9、拆分
split
及与之相似的一系列方法主要是用于数组的拆分
split(ary,indices_or_sections,axis)
:将数组拆分为多个子数组。dsplit(ary,indices_or_sections)
:按深度方向将数组拆分成多个子数组。hsplit(ary,indices_or_sections)
:按水平方向将数组拆分成多个子数组。vsplit(ary,indices_or_sections)
:按垂直方向将数组拆分成多个子数组。
1 | # 拆分一维 |
10、删除
delete
沿特定轴删除数组中的子数组。
1 | # numpy.delete(arr,obj,axis) |
11、插入
insert
依据索引在特定轴之前插入值。(注意 append
方法返回值,默认是展平状态下的 1 维数组)
1 | # numpy.insert(arr,obj,values,axis) |
12、附加
append
将值附加到数组的末尾,并返回 1 维数组。
1 | # numpy.append(arr,values,axis) |
13、数组翻转
fliplr(m)
:左右翻转数组。flipud(m)
:上下翻转数组。
1 | # numpy.flip(m, axis=None) |
5、索引与切片
1、数组索引
一维数组索引
1 | a: np.ndarray = np.arange(10) |
二维数组索引
1 | a: np.ndarray = np.arange(20).reshape(4, 5) |
2、数组切片
一维数组切片
1 | # Ndarray[start:stop:step] |
二维数组切片
1 | # Ndarray[start:stop:step,...,start:stop:step] |
6、排序、搜索、计数
1、排序
1 | # numpy.sort(a, axis=-1, kind='quicksort', order=None) |
numpy.lexsort(keys ,axis)
:使用多个键进行间接排序。numpy.argsort(a ,axis,kind,order)
:沿给定轴执行间接排序。numpy.msort(a)
:沿第 1 个轴排序。numpy.sort_complex(a)
:针对复数排序。
2、搜索和计数
argmax(a ,axis,out)
:返回数组中指定轴的最大值的索引。nanargmax(a ,axis)
:返回数组中指定轴的最大值的索引,忽略 NaN。argmin(a ,axis,out)
:返回数组中指定轴的最小值的索引。nanargmin(a ,axis)
:返回数组中指定轴的最小值的索引,忽略 NaN。argwhere(a)
:返回数组中非 0 元素的索引,按元素分组。nonzero(a)
:返回数组中非 0 元素的索引。flatnonzero(a)
:返回数组中非 0 元素的索引,并铺平。where(条件,x,y)
:根据指定条件,从指定行、列返回元素。searchsorted(a,v ,side,sorter)
:查找要插入元素以维持顺序的索引。extract(condition,arr)
:返回满足某些条件的数组的元素。count_nonzero(a)
:计算数组中非 0 元素的数量。
7、NumPy数值计算
1、Numpy随机数
NumPy 的随机数功能非常强大,主要由 numpy.random
模块完成。
该模块与Python
标准库中的random
库相同。
1 | # numpy.random.rand(d0, d1, ..., dn) |
概率密度分布
numpy.random.beta(a,b,size)
:从 Beta 分布中生成随机数。numpy.random.binomial(n, p, size)
:从二项分布中生成随机数。numpy.random.chisquare(df,size)
:从卡方分布中生成随机数。numpy.random.dirichlet(alpha,size)
:从 Dirichlet 分布中生成随机数。numpy.random.exponential(scale,size)
:从指数分布中生成随机数。numpy.random.f(dfnum,dfden,size)
:从 F 分布中生成随机数。numpy.random.gamma(shape,scale,size)
:从 Gamma 分布中生成随机数。numpy.random.geometric(p,size)
:从几何分布中生成随机数。numpy.random.gumbel(loc,scale,size)
:从 Gumbel 分布中生成随机数。numpy.random.hypergeometric(ngood, nbad, nsample, size)
:从超几何分布中生成随机数。numpy.random.laplace(loc,scale,size)
:从拉普拉斯双指数分布中生成随机数。numpy.random.logistic(loc,scale,size)
:从逻辑分布中生成随机数。numpy.random.lognormal(mean,sigma,size)
:从对数正态分布中生成随机数。numpy.random.logseries(p,size)
:从对数系列分布中生成随机数。numpy.random.multinomial(n,pvals,size)
:从多项分布中生成随机数。numpy.random.multivariate_normal(mean, cov, size)
:从多变量正态分布绘制随机样本。numpy.random.negative_binomial(n, p, size)
:从负二项分布中生成随机数。numpy.random.noncentral_chisquare(df,nonc,size)
:从非中心卡方分布中生成随机数。numpy.random.noncentral_f(dfnum, dfden, nonc, size)
:从非中心 F 分布中抽取样本。numpy.random.normal(loc,scale,size)
:从正态分布绘制随机样本。numpy.random.pareto(a,size)
:从具有指定形状的 Pareto II 或 Lomax 分布中生成随机数。numpy.random.poisson(lam,size)
:从泊松分布中生成随机数。numpy.random.power(a,size)
:从具有正指数 a-1 的功率分布中在 0,1 中生成随机数。numpy.random.rayleigh(scale,size)
:从瑞利分布中生成随机数。numpy.random.standard_cauchy(size)
:从标准 Cauchy 分布中生成随机数。numpy.random.standard_exponential(size)
:从标准指数分布中生成随机数。numpy.random.standard_gamma(shape,size)
:从标准 Gamma 分布中生成随机数。numpy.random.standard_normal(size)
:从标准正态分布中生成随机数。numpy.random.standard_t(df,size)
:从具有 df 自由度的标准学生 t 分布中生成随机数。numpy.random.triangular(left,mode,right,size)
:从三角分布中生成随机数。numpy.random.uniform(low,high,size)
:从均匀分布中生成随机数。numpy.random.vonmises(mu,kappa,size)
:从 von Mises 分布中生成随机数。numpy.random.wald(mean,scale,size)
:从 Wald 或反高斯分布中生成随机数。numpy.random.weibull(a,size)
:从威布尔分布中生成随机数。numpy.random.zipf(a,size)
:从 Zipf 分布中生成随机数。
2、数学函数
1、三角函数
numpy.sin(x)
:三角正弦。numpy.cos(x)
:三角余弦。numpy.tan(x)
:三角正切。numpy.arcsin(x)
:三角反正弦。numpy.arccos(x)
:三角反余弦。numpy.arctan(x)
:三角反正切。numpy.hypot(x1,x2)
:直角三角形求斜边。numpy.degrees(x)
:弧度转换为度。numpy.radians(x)
:度转换为弧度。numpy.deg2rad(x)
:度转换为弧度。numpy.rad2deg(x)
:弧度转换为度。
2、双曲函数
numpy.sinh(x)
:双曲正弦。numpy.cosh(x)
:双曲余弦。numpy.tanh(x)
:双曲正切。numpy.arcsinh(x)
:反双曲正弦。numpy.arccosh(x)
:反双曲余弦。numpy.arctanh(x)
:反双曲正切。
3、数值修约
数值修约, 又称数字修约, 是指在进行具体的数字运算前, 按照一定的规则确定一致的位数, 然后舍去某些数字后面多余的尾数的过程。比如, 我们常听到的「4 舍 5 入」就属于数值修约中的一种。
numpy.around(a)
:平均到给定的小数位数。numpy.round_(a)
:将数组舍入到给定的小数位数。numpy.rint(x)
:修约到最接近的整数。numpy.fix(x, y)
:向 0 舍入到最接近的整数。numpy.floor(x)
:返回输入的底部(标量 x 的底部是最大的整数 i)。numpy.ceil(x)
:返回输入的上限(标量 x 的底部是最小的整数 i).numpy.trunc(x)
:返回输入的截断值。
4、求和、求积、差分
下面这些方法用于数组内元素或数组间进行求和、求积以及进行差分。
numpy.prod(a, axis, dtype, keepdims)
:返回指定轴上的数组元素的乘积。numpy.sum(a, axis, dtype, keepdims)
:返回指定轴上的数组元素的总和。numpy.nanprod(a, axis, dtype, keepdims)
:返回指定轴上的数组元素的乘积, 将 NaN 视作 1。numpy.nansum(a, axis, dtype, keepdims)
:返回指定轴上的数组元素的总和, 将 NaN 视作 0。numpy.cumprod(a, axis, dtype)
:返回沿给定轴的元素的累积乘积。numpy.cumsum(a, axis, dtype)
:返回沿给定轴的元素的累积总和。numpy.nancumprod(a, axis, dtype)
:返回沿给定轴的元素的累积乘积, 将 NaN 视作 1。numpy.nancumsum(a, axis, dtype)
:返回沿给定轴的元素的累积总和, 将 NaN 视作 0。numpy.diff(a, n, axis)
:计算沿指定轴的第 n 个离散差分。numpy.ediff1d(ary, to_end, to_begin)
:数组的连续元素之间的差异。numpy.gradient(f)
:返回 N 维数组的梯度。numpy.cross(a, b, axisa, axisb, axisc, axis)
:返回两个(数组)向量的叉积。numpy.trapz(y, x, dx, axis)
:使用复合梯形规则沿给定轴积分。
5、指数和对数
numpy.exp(x)
:计算输入数组中所有元素的指数。numpy.log(x)
:计算自然对数。numpy.log10(x)
:计算常用对数。numpy.log2(x)
:计算二进制对数。
6、算术运算
numpy.add(x1, x2)
:对应元素相加。numpy.reciprocal(x)
:求倒数 1/x。numpy.negative(x)
:求对应负数。numpy.multiply(x1, x2)
:求解乘法。numpy.divide(x1, x2)
:相除 x1/x2。numpy.power(x1, x2)
:类似于 x1^x2。numpy.subtract(x1, x2)
:减法。numpy.fmod(x1, x2)
:返回除法的元素余项。numpy.mod(x1, x2)
:返回余项。numpy.modf(x1)
:返回数组的小数和整数部分。numpy.remainder(x1, x2)
:返回除法余数。
7、矩阵和向量积
numpy.dot(a, b)
:求解两个数组的点积。numpy.vdot(a, b)
:求解两个向量的点积。numpy.inner(a, b)
:求解两个数组的内积。numpy.outer(a, b)
:求解两个向量的外积。numpy.matmul(a, b)
:求解两个数组的矩阵乘积。numpy.tensordot(a, b)
:求解张量点积。numpy.kron(a, b)
:计算 Kronecker 乘积。
9、代数运算
numpy.linalg.cholesky(a)
:Cholesky 分解。numpy.linalg.qr(a ,mode)
:计算矩阵的 QR 因式分解。numpy.linalg.svd(a ,full_matrices,compute_uv)
:奇异值分解。numpy.linalg.eig(a)
:计算正方形数组的特征值和右特征向量。numpy.linalg.eigh(a, UPLO)
:返回 Hermitian 或对称矩阵的特征值和特征向量。numpy.linalg.eigvals(a)
:计算矩阵的特征值。numpy.linalg.eigvalsh(a, UPLO)
:计算 Hermitian 或真实对称矩阵的特征值。numpy.linalg.norm(x ,ord,axis,keepdims)
:计算矩阵或向量范数。numpy.linalg.cond(x ,p)
:计算矩阵的条件数。numpy.linalg.det(a)
:计算数组的行列式。numpy.linalg.matrix_rank(M ,tol)
:使用奇异值分解方法返回秩。numpy.linalg.slogdet(a)
:计算数组的行列式的符号和自然对数。numpy.trace(a ,offset,axis1,axis2,dtype,out)
:沿数组的对角线返回总和。numpy.linalg.solve(a, b)
:求解线性矩阵方程或线性标量方程组。numpy.linalg.tensorsolve(a, b ,axes)
:为 x 解出张量方程 a x = bnumpy.linalg.lstsq(a, b ,rcond)
:将最小二乘解返回到线性矩阵方程。numpy.linalg.inv(a)
:计算逆矩阵。numpy.linalg.pinv(a ,rcond)
:计算矩阵的(Moore-Penrose)伪逆。numpy.linalg.tensorinv(a ,ind)
:计算 N 维数组的逆。
9、其他
numpy.angle(z, deg)
:返回复参数的角度。numpy.real(val)
:返回数组元素的实部。numpy.imag(val)
:返回数组元素的虚部。numpy.conj(x)
:按元素方式返回共轭复数。numpy.convolve(a, v, mode)
:返回线性卷积。numpy.sqrt(x)
:平方根。numpy.cbrt(x)
:立方根。numpy.square(x)
:平方。numpy.absolute(x)
:绝对值, 可求解复数。numpy.fabs(x)
:绝对值。numpy.sign(x)
:符号函数。numpy.maximum(x1, x2)
:最大值。numpy.minimum(x1, x2)
:最小值。numpy.nan_to_num(x)
:用 0 替换 NaN。numpy.interp(x, xp, fp, left, right, period)
:线性插值。