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Numpy 入门教程（1）

2024-07-07 11:50:02   234人阅读

翻译自官方文档Tentative NumPy Tutorial，有删节。

Numpy 入门教程

NumPy 提供了对多维数组的支持，与Python原生支持的List类型不同，数组的所有元素必须同样的类型。数组的维度被称为axes，维数称为 rank。 

Numpy的数组类型为 ndarray， ndarray 的重要属性包括: 

  • ndarray.ndim：数组的维数，也称为rank
  • ndarray.shape：数组各维的大小tuple 类型，对一个n 行m 列的矩阵来说， shape 为 (n,m)。
  • ndarray.size：元素的总数。 
  • Ndarray.dtype：每个元素的类型，可以是 numpy.int32, numpy.int16, and numpy.float64 等。 
  • Ndarray.itemsize：每个元素占用的字节数。
  • Ndarray.data：指向数据内存。

 

一个简单的例子：

>>> from numpy  import *
>>> a = arange(15).reshape(3, 5)
>>> a
array([[ 0,  1,  2,  3,  4],
       [ 5,  6,  7,  8,  9],
       [10, 11, 12, 13, 14]])
>>> a.shape
(3, 5)
>>> a.ndim
2
>>> a.dtype.name
'int32'
>>> a.itemsize
4
>>> a.size
15
>>> type(a)
numpy.ndarray
>>> b = array([6, 7, 8])
>>> b
array([6, 7, 8])
>>> type(b)
numpy.ndarray


生成数组

有许多种方法生成数组。比如，可以将Python list 或 tuple 转化为数组，转化后的数组元素的类型由原来的对象的类型来决定。

>>> from numpy  import *
>>> a = array( [2,3,4] )
>>> a
array([2, 3, 4])
>>> a.dtype
dtype('int32')
>>> b = array([1.2, 3.5, 5.1])
>>> b.dtype
dtype('float64')
>>> b = array( [ (1.5,2,3), (4,5,6) ] )
>>> b
array([[ 1.5,  2. ,  3. ],
       [ 4. ,  5. ,  6. ]])

生成数组时也可以指定元素的数据类型: 

>>> c = array( [ [1,2], [3,4] ], dtype=complex )
>>> c
array([[ 1.+0.j,  2.+0.j],
       [ 3.+0.j,  4.+0.j]])

通常，我们无法事先知道数组元素的具体值，但是数组大小是已知的。 这时可以用下面几种方法生成数组。 

zeros 函数生成元素全部为0的数组，ones函数生成元素全部为1的数组empty函数生成元素没有赋值的数组，这时元素值由内存中原来的内容决定。 默认的，生成的数组的元素类型为float64.

>>> zeros( (3,4) )
array([[0.,  0.,  0.,  0.],
       [0.,  0.,  0.,  0.],
       [0.,  0.,  0.,  0.]])
>>> ones( (2,3,4), dtype=int16 )                # dtype can also be specified
array([[[ 1, 1, 1, 1],
        [ 1, 1, 1, 1],
        [ 1, 1, 1, 1]],
       [[ 1, 1, 1, 1],
        [ 1, 1, 1, 1],
        [ 1, 1, 1, 1]]], dtype=int16)
>>> empty( (2,3) )
array([[  3.73603959e-262,   6.02658058e-154,   6.55490914e-260],
       [  5.30498948e-313,   3.14673309e-307,   1.00000000e+000]])

arange 函数生成的数组的元素按照等比数列排布，类似于 range函数。

>>> arange( 10, 30, 5 )
array([10, 15, 20, 25])
>>> arange( 0, 2, 0.3 )                 # it accepts float arguments
array([ 0. ,  0.3,  0.6,  0.9,  1.2,  1.5,  1.8])

linspace 函数有些类似matlab中的同名函数，下面是个例子: 

>>> linspace( 0, 2, 9 )                 # 9 numbers from 0 to 2
array([ 0.  ,  0.25,  0.5 ,  0.75,  1.  ,  1.25,  1.5 ,  1.75,  2.  ])
>>> x = linspace( 0, 2*pi, 100 )        # useful to evaluate function at lots of points
>>> f = sin(x)

屏幕输出 Arrays

当用print 打印一个 array时, 输出结果类似于 lists: 

>>> a = arange(6)                         # 1d array
>>> print a
[0 1 2 3 4 5]
>>>
>>> b = arange(12).reshape(4,3)           # 2d array
>>> print b
[[ 0  1  2]
 [ 3  4  5]
 [ 6  7  8]
 [ 9 10 11]]
>>>
>>> c = arange(24).reshape(2,3,4)         # 3d array
>>> print c
[[[ 0  1  2  3]
  [ 4  5  6  7]
  [ 8  9 10 11]]

 [[12 13 14 15]
  [16 17 18 19]
  [20 21 22 23]]]

如果数组过大，显示时会有一些省略号: 

>>> print arange(10000)
[   0    1    2 ..., 9997 9998 9999]
>>>
>>> print arange(10000).reshape(100,100)
[[   0    1    2 ...,   97   98   99]
 [ 100  101  102 ...,  197  198  199]
 [ 200  201  202 ...,  297  298  299]
 ...,
 [9700 9701 9702 ..., 9797 9798 9799]
 [9800 9801 9802 ..., 9897 9898 9899]
 [9900 9901 9902 ..., 9997 9998 9999]]

如果我们需要显示完整的数组，可以如下设置 

>>> set_printoptions(threshold='nan')


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