1.Numpy基本介绍
- NumPy是一个功能强大的Python库，主要用于对多维数组执行计算。
- NumPy是numerical 和python的简拼。
2.应用
- 机器学习模型：主要对矩阵进行各种数值计算。
- 图像处理和计算机图形学：
- 数学任务：积分，微分，内插，外推。
3.安装
pip install numpy
一切准备就绪就让我们操练起来吧！
4、NumPy 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 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：
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一个指向数据（内存或内存映射文件中的一块数据）的指针。
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数据类型或 dtype，描述在数组中的固定大小值的格子。
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一个表示数组形状（shape）的元组，表示各维度大小的元组。
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一个跨度元组（stride），其中的整数指的是为了前进到当前维度下一个元素需要"跨过"的字节数。
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跨度可以是负数，这样会使数组在内存中后向移动，切片中 obj[::-1] 或 obj[:,::-1] 就是如此。
创建一个 ndarray 只需调用 NumPy 的 array 函数即可：
numpy.array(object, dtype = None, copy = True, order = None, subok = False, ndmin = 0)
实例：
# dtype 参数 import numpy as np a = np.array([1, 2, 3], dtype = complex) print (a)
结果：
[ 1.+0.j, 2.+0.j, 3.+0.j]
注：ndarray 对象由计算机内存的连续一维部分组成，并结合索引模式，将每个元素映射到内存块中的一个位置。内存块以行顺序(C样式)或列顺序(FORTRAN或MatLab风格，即前述的F样式)来保存元素。
5、数据类型
numpy 支持的数据类型比 Python 内置的类型要多很多，基本上可以和 C 语言的数据类型对应上，其中部分类型对应为 Python 内置的类型。下表列举了常用 NumPy 基本类型。
| 名称 | 描述 |
| bool_ | 布尔型数据类型（True 或者 False） |
| int_ | 默认的整数类型（类似于 C 语言中的 long，int32 或 int64） |
| intc | 与 C 的 int 类型一样，一般是 int32 或 int 64 |
| intp | 用于索引的整数类型（类似于 C 的 ssize_t，一般情况下仍然是 int32 或 int64） |
| int8 | 字节（-128 to 127） |
| int16 | 整数（-32768 to 32767） |
| int32 | 整数（-2147483648 to 2147483647） |
| int64 | 整数（-9223372036854775808 to 9223372036854775807） |
| uint8 | 无符号整数（0 to 255） |
| uint16 | 无符号整数（0 to 65535） |
| uint32 | 无符号整数（0 to 4294967295） |
| uint64 | 无符号整数（0 to 18446744073709551615） |
| float_ | float64 类型的简写 |
| float16 | 半精度浮点数，包括：1 个符号位，5 个指数位，10 个尾数位 |
| float32 | 单精度浮点数，包括：1 个符号位，8 个指数位，23 个尾数位 |
| float64 | 双精度浮点数，包括：1 个符号位，11 个指数位，52 个尾数位 |
| complex_ | complex128 类型的简写，即 128 位复数 |
| complex64 | 复数，表示双 32 位浮点数（实数部分和虚数部分） |
| complex128 |
复数，表示双 64 位浮点数（实数部分和虚数部分） |
数据类型对象 (dtype)（难搞哦！！！）
dtype 对象是使用以下语法构造的：
numpy.dtype(object, align, copy)
实例：
import numpy as np # int8, int16, int32, int64 四种数据类型可以使用字符串 'i1', 'i2','i4','i8' 代替 dt = np.dtype('i4') print(dt)
每个内建类型都有一个唯一定义它的字符代码，如下：
| 字符 | 对应类型 |
|---|---|
| b | 布尔型 |
| i | (有符号) 整型 |
| u | 无符号整型 integer |
| f | 浮点型 |
| c | 复数浮点型 |
| m | timedelta（时间间隔） |
| M | datetime（日期时间） |
| O | (Python) 对象 |
| S, a | (byte-)字符串 |
| U | Unicode |
| V | 原始数据 (void) |
6、数组属性
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（axis），也就是维度（dimensions）。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（axis），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。
| 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.flags 返回 ndarray 对象的内存信息，包含以下属性：
| 属性 | 描述 |
|---|---|
| C_CONTIGUOUS (C) | 数据是在一个单一的C风格的连续段中 |
| F_CONTIGUOUS (F) | 数据是在一个单一的Fortran风格的连续段中 |
| OWNDATA (O) | 数组拥有它所使用的内存或从另一个对象中借用它 |
| WRITEABLE (W) | 数据区域可以被写入，将该值设置为 False，则数据为只读 |
| ALIGNED (A) | 数据和所有元素都适当地对齐到硬件上 |
| UPDATEIFCOPY (U) | 这个数组是其它数组的一个副本，当这个数组被释放时，原数组的内容将被更新 |
7、创建数组
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。
7.1 numpy.empty
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。 |
示例：
import numpy as np
x = np.empty([3,2], dtype = int)
print ("x =" ,x)
结果：
注意 − 数组元素为随机值，因为它们未初始化。
7.2 numpy.zeros
numpy.zeros(shape, dtype = float, order = 'C')
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| shape | 数组形状 |
| dtype | 数据类型，可选 |
| order | 'C' 用于 C 的行数组，或者 'F' 用于 FORTRAN 的列数组 |
import numpy as np # 默认为浮点数 x = np.zeros(5) print(x) # 设置类型为整数 y = np.zeros((5,), dtype = np.int) print(y)
7.3 numpy.ones
numpy.ones(shape, dtype = None, order = 'C')
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| shape | 数组形状 |
| dtype | 数据类型，可选 |
| order | 'C' 用于 C 的行数组，或者 'F' 用于 FORTRAN 的列数组 |
import numpy as np # 默认为浮点数 x = np.ones(5) print(x) # 自定义类型 x = np.ones([2,2], dtype = int) print(x)
8、NumPy 从已有的数组创建数组
8.1 numpy.asarray
numpy.asarray(a, dtype = None, order = None)
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| a | 任意形式的输入参数，可以是，列表, 列表的元组, 元组, 元组的元组, 元组的列表，多维数组 |
| dtype | 数据类型，可选 |
| order | 可选，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。 |
8.2 numpy.frombuffer
numpy.frombuffer 用于实现动态数组。
numpy.frombuffer 接受 buffer 输入参数，以流的形式读入转化成 ndarray 对象。
numpy.frombuffer(buffer, dtype = float, count = -1, offset = 0)
注意：buffer 是字符串的时候，Python3 默认 str 是 Unicode 类型，所以要转成 bytestring 在原 str 前加上 b。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| buffer | 可以是任意对象，会以流的形式读入。 |
| dtype | 返回数组的数据类型，可选 |
| count | 读取的数据数量，默认为-1，读取所有数据。 |
| offset | 读取的起始位置，默认为0。 |
pytnon 3.x:
import numpy as np s = b'Hello World' a = np.frombuffer(s, dtype = 'S1') print (a)
结果：
8.3 numpy.fromiter
numpy.fromiter 方法从可迭代对象中建立 ndarray 对象，返回一维数组。
numpy.fromiter(iterable, dtype, count=-1)
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| iterable | 可迭代对象 |
| dtype | 返回数组的数据类型 |
| count | 读取的数据数量，默认为-1，读取所有数据 |
import numpy as np # 使用 range 函数创建列表对象 list=range(5) it=iter(list) # 使用迭代器创建 ndarray x=np.fromiter(it, dtype=float) print(x)
结果：
9、NumPy 从数值范围创建数组
9.1 numpy.arange
numpy.arange(start, stop, step, dtype)
| 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。 |
import numpy as np # 设置了 dtype x = np.arange(5, dtype = float) print (x)
结果：
9.2 numpy.linspace
numpy.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;
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 |
import numpy as np a =np.linspace(1,10,10,retstep= True) #显示步长 print(a) # 拓展例子 b =np.linspace(1,10,10).reshape([10,1]) print(b)
结果：
9.3 numpy.logspace
numpy.logspace 函数用于创建一个于等比数列。
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。(默认是10） |
dtype |
ndarray 的数据类型 |
import numpy as np a = np.logspace(0,9,10,base=2) print (a)
结果：
2的0次方；2的1次方；2的2次方；2的3次方；。。。；2的9次方。
