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前言

numpy是python中一个科学计算的库，由于底层是C语言实现，极大提高运算性能，本文主要对numpy数组作一个系统介绍，以供自己和一些初学者参考和复习。

一、numpy数组创建

1、numpy.array创建数组

numpy.array可以创建一维、二维甚至任意维数据。

>>> a  = np.array([
...     [1, 2, 3],
...     [4, 5, 6],
...     [7, 8, 9]
... ])
>>> a.shape
(3, 3)
>>> a
array([[1, 2, 3],
       [4, 5, 6],
       [7, 8, 9]])

2、从已有数组中创建数组

numpy.asarray可以从已有数组创建数组。

>>> b = np.asarray(a, dtype=np.float32)
>>> b.shape
(3, 3)
>>> b.dtype
dtype('float32')
>>> b
array([[1., 2., 3.],
       [4., 5., 6.],
       [7., 8., 9.]], dtype=float32)

二、numpy创建数组初始化

1、numpy.zero

np.zeros((3,2))
array([[0., 0.],
       [0., 0.],
       [0., 0.]])

(3,2)代表一个三行二列的数组

2、numpy.ones

np.ones((2, 4))
array([[1., 1., 1., 1.],
       [1., 1., 1., 1.]])

3、numpy.arange

numpy.arange创建某一范围内的数组。

np.arange(3, 7)
array([3, 4, 5, 6])

4、numpy.linspace

numpy.linspace返回两个参数区间范围内等间距的数。

np.linspace(0, 1, 5)
array([0.  , 0.25, 0.5 , 0.75, 1.  ])

5、numpy.random

numpy.random生成一个随机的数组。

np.random.rand(2, 4)
array([[0.74471957, 0.00958814, 0.03729488, 0.41100284],
       [0.74790347, 0.256831  , 0.48457024, 0.39946753]])

三、numpy类型转换和形状改变

1、数据类型转换

#a.dtype 默认数据类型是float64
>>> a = np.zeros((3,2))
>>> a.dtype
dtype('float64')

#初始化时指定数据类型
>>> a = np.zeros((3,2), dtype=np.int32)
>>> a.dtype
dtype('int32')

#转换数据类型
b = a.astype(int)
>>> b = a.astype(int)
>>> b.dtype
dtype('int64')

2、形状改变

>>> a = np.arange(20)
>>> a
array([ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
       17, 18, 19])
>>> a.shape
(20,)
>>> a.reshape(4, 5)
array([[ 0,  1,  2,  3,  4],
       [ 5,  6,  7,  8,  9],
       [10, 11, 12, 13, 14],
       [15, 16, 17, 18, 19]])

四、numpy数组获取元素

1、获取一个元素

a = np.array([[1, 2, 3],
     [4, 5, 6]])
a[0, 1]
2

2、获取一行

代码承接四.1

>>> a[0,:]
array([1, 2, 3])
>>> a[0]
array([1, 2, 3])

3、获取一列

>>> a[:,0]
array([1, 4])

五、numpy数组基本运算

1、四则运算

a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])
>>> a + b
array([5, 7, 9])
>>> a / b
array([0.25, 0.4 , 0.5 ])

2、点乘运算dot

>>> np.dot(a, b)
32

3、矩阵乘法@ matmul

a = np.array([[1,2],[3, 4]])
b = np.array([[2, 0], [0, 2]])
>>> a @ b
array([[2, 4],
       [6, 8]])

@符等同于numpy.matnul

4、求平方根

a  = np.array([1, 2, 3])
>>> np.sqrt(a)
array([1.        , 1.41421356, 1.73205081])

5、三角函数

a = np.array([1, 2, 3])
np.sin(a)
np.cos(a)
>>> np.sin(a)
array([0.84147098, 0.90929743, 0.14112001])
>>> np.cos(a)
array([ 0.54030231, -0.41614684, -0.9899925 ])

6、对数和指数运算

a = np.array([1, 2, 3])
>>> np.log(a)
array([0.        , 0.69314718, 1.09861229])
>>> np.power(a, 2)
array([1, 4, 9])

7、与一个数作运算 （广播）

>>> a * 5
array([ 5, 10, 15])

8、不同尺寸的数组也可以直接作运算 (广播)

a = np.array([[1],
	[10],
	[20]
])
b = np.array([0, 1, 2])
>>> a + b
array([[ 1,  2,  3],
       [10, 11, 12],
       [20, 21, 22]])

在做运算之前，numpy会将这两个数组扩展至相同的尺寸，然后再将同位置的元素相加

9、求数组最大值、最小值

>>> a = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
>>> a.min()
1
>>> a.max()
5
>>> 

10、求数组最小值、最大值元素所在的索引

>>> a = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
>>> a.argmin()
0
>>> a.argmax()
4
>>> 

11、求和、平均数、方差、标准差

a = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
>>> a.sum()
15
>>> a.mean()
3.0
>>> a.var()
2.0
>>> a.std()
1.4142135623730951

12、指定维度

大多数操作都可以指定维度，具体如下：

a = np.array([[1, 2, 3, 4, 5],
		[5, 6, 7, 8, 9]])
>>> a.sum(axis=0)
array([ 6,  8, 10, 12, 14])
>>> a.sum(axis=1)
array([15, 35])
>>> a.sum()
50
>>> 

总结

以上是本文的主要内容了，主要从numpy数组创建、初始化、获取形状和改变形状、获取元素，最后详细介绍了numpy支持的各种基本运算。

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