Numpy 简介

导入numpy

NumpyPython的一个很重要的第三方库,很多其他科学计算的第三方库都是以Numpy为基础建立的。

Numpy的一个重要特性是它的数组计算。

在使用Numpy之前,我们需要导入numpy包:

from numpy import *

使用前一定要先导入 Numpy 包,导入的方法有以下几种:

    import numpy
    import numpy as np
    from numpy import *
    from numpy import array, sin

数组上的数学操作

假如我们想将列表中的每个元素增加1,但列表不支持这样的操作(报错):

a = [1, 2, 3, 4]
a + 1

    ---------------------------------------------------------------------------

    TypeError                                 Traceback (most recent call last)

    <ipython-input-3-bf98811c06e5> in <module>
          1 a = [1, 2, 3, 4]
    ----> 2 a + 1
    

    TypeError: can only concatenate list (not "int") to list


转成 array

a = array(a)
a
array([1, 2, 3, 4])

array 数组支持每个元素加 1 这样的操作:

a + 1
array([2, 3, 4, 5])

与另一个 array 相加,得到对应元素相加的结果:

b = array([2, 3, 4, 5])
a + b
array([3, 5, 7, 9])

对应元素相乘:

a * b
array([ 2,  6, 12, 20])

对应元素乘方:

a ** b
array([   1,    8,   81, 1024])

提取数组中的元素

提取第一个元素:

a[0]
1

提取前两个元素:

a[:2]
array([1, 2])

最后两个元素:

a[-2:]
array([3, 4])

将它们相加:

a[:2] + a[-2:]
array([4, 6])

修改数组形状

查看 array 的形状:

a.shape
(4,)

修改 array 的形状:

a.shape = 2,2
a
array([[1, 2],
       [3, 4]])

多维数组

a 现在变成了一个二维的数组,可以进行加法:

a + a
array([[2, 4],
       [6, 8]])

乘法仍然是对应元素的乘积,并不是按照矩阵乘法来计算:

a * a
array([[ 1,  4],
       [ 9, 16]])

画图

linspace 用来生成一组等间隔的数据:

a = linspace(0, 2*pi, 21)
%precision 3
a
array([0.   , 0.314, 0.628, 0.942, 1.257, 1.571, 1.885, 2.199, 2.513,
       2.827, 3.142, 3.456, 3.77 , 4.084, 4.398, 4.712, 5.027, 5.341,
       5.655, 5.969, 6.283])

三角函数:

b = sin(a)
b
array([ 0.000e+00,  3.090e-01,  5.878e-01,  8.090e-01,  9.511e-01,
        1.000e+00,  9.511e-01,  8.090e-01,  5.878e-01,  3.090e-01,
        1.225e-16, -3.090e-01, -5.878e-01, -8.090e-01, -9.511e-01,
       -1.000e+00, -9.511e-01, -8.090e-01, -5.878e-01, -3.090e-01,
       -2.449e-16])

画出图像:

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(a, b)
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x7f193322a128>]

png

从数组中选择元素

假设我们想选取数组b中所有非负的部分,首先可以利用 b 产生一组布尔值:

b >= 0
array([ True,  True,  True,  True,  True,  True,  True,  True,  True,
        True,  True, False, False, False, False, False, False, False,
       False, False, False])
mask = b >= 0

画出所有对应的非负值对应的点:

plt.plot(a[mask], b[mask], 'ro')
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x7f19069646d8>]

png