本文部分内容参考Daetalus的博客。
为什么要用numpy
- Python中提供了list容器，可以当作数组使用。但列表中的元素可以是任何对象，因此列表中保存的是对象的指针，这样一来，为了保存一个简单的列表[1,2,3]。就需要三个指针和三个整数对象。对于数值运算来说，这种结构显然不够高效。
- Python虽然也提供了array模块，但其只支持一维数组，不支持多维数组，也没有各种运算函数。因而不适合数值运算。
- NumPy的出现弥补了这些不足。
（——摘自张若愚的《Python科学计算》）
import numpy as np
数组创建
## 常规创建方法
a = np.array([2,3,4])
b = np.array([2.0,3.0,4.0])
c = np.array([[1.0,2.0],[3.0,4.0]])
d = np.array([[1,2],[3,4]],dtype=complex) # 指定数据类型
print a, a.dtype
print b, b.dtype
print c, c.dtype
print d, d.dtype
[2 3 4] int32
[ 2\. 3\. 4.] float64
[[ 1\. 2.]
[ 3\. 4.]] float64
[[ 1.+0.j 2.+0.j]
[ 3.+0.j 4.+0.j]] complex128
## 创建数组的常用函数
print np.arange(0,7,1,dtype=np.int16) # 0为起点，间隔为1时可缺省(引起歧义下不可缺省)
print np.ones((2,3,4),dtype=np.int16) # 2页，3行，4列，全1，指定数据类型
print np.zeros((2,3,4)) # 2页，3行，4列，全0
print np.empty((2,3)) #值取决于内存
print np.arange(0,10,2) # 起点为0，不超过10，步长为2
print np.linspace(-1,2,5) # 起点为-1，终点为2，取5个点
print np.random.randint(0,3,(2,3)) # 大于等于0，小于3，2行3列的随机整数
[0 1 2 3 4 5 6]
[[[1 1 1 1]
[1 1 1 1]
[1 1 1 1]]
[[1 1 1 1]
[1 1 1 1]
[1 1 1 1]]]
[[[ 0\. 0\. 0\. 0.]
[ 0\. 0\. 0\. 0.]
[ 0\. 0\. 0\. 0.]]
[[ 0\. 0\. 0\. 0.]
[ 0\. 0\. 0\. 0.]
[ 0\. 0\. 0\. 0.]]]
[[ 1.39069238e-309 1.39069238e-309 1.39069238e-309]
[ 1.39069238e-309 1.39069238e-309 1.39069238e-309]]
[0 2 4 6 8]
[-1\. -0.25 0.5 1.25 2\. ]
[[1 0 1]
[0 1 0]]
## 类型转换
print float(1)
print int(1.0)
print bool(2)
print float(True)
1.0
1
True
1.0
数组输出
- 从左到右，从上向下
- 一维数组打印成行，二维数组打印成矩阵，三维数组打印成矩阵列表
print np.arange(1,6,2)
print np.arange(12).reshape(3,4) # 可以改变输出形状
print np.arange(24).reshape(2,3,4)# 2页，3行，4页
[1 3 5]
[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
[[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
[[12 13 14 15]
[16 17 18 19]
[20 21 22 23]]]
基本运算
## 元素级运算
a = np.array([1,2,3,4])
b = np.arange(4)
print a, b
print a-b
print a*b
print a**2
print 2*np.sin(a)
print a>2
print np.exp(a) # 指数
[1 2 3 4] [0 1 2 3]
[1 1 1 1]
[ 0 2 6 12]
[ 1 4 9 16]
[ 1.68294197 1.81859485 0.28224002 -1.51360499]
[False False True True]
[ 2.71828183 7.3890561 20.08553692 54.59815003]
## 矩阵运算（二维数组）
a = np.array([[1,2],[3,4]]) # 2行2列
b = np.arange(6).reshape((2,-1)) # 2行3列
print a,b
print a.dot(b) # 2行3列
[[1 2]
[3 4]] [[0 1 2]
[3 4 5]]
[[ 6 9 12]
[12 19 26]]
## 非数组运算，调用方法
a = np.random.randint(0,5,(2,3))
print a
print a.sum(),a.sum(axis=1),a.sum(0) # axis用于指定运算轴（默认全部，可指定0或1）
print a.min(),a.max(axis=1),a.mean(axis=1) # axis = 0: 按列计算，axis = 1: 按行计算
print a.cumsum(1) # 按行计算累积和
[[2 3 3]
[0 2 1]]
11 [8 3] [2 5 4]
0 [3 2] [ 2.66666667 1\. ]
[[2 5 8]
[0 2 3]]
索引，切片，迭代
## 一维数组
a = np.arange(0,10,1)**2
print a
print a[0],a[2],a[-1],a[-2] # 索引从0开始，-1表示最后一个索引
print a[2:5],a[-5:-1] # 包括起点，不包括终点
a[-1] = 100; print a # 赋值
a[1:4]=100; print a # 批量赋值
a[:6:2] = -100; print a # 从开始到第6个索引，每隔一个元素（步长=2）赋值
print a[: :-1];print a # 将a逆序输出，a本身未发生改变
b = [np.sqrt(np.abs(i)) for i in a]; print b # 通过遍历赋值
[ 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81]
0 4 81 64
[ 4 9 16] [25 36 49 64]
[ 0 1 4 9 16 25 36 49 64 100]
[ 0 100 100 100 16 25 36 49 64 100]
[-100 100 -100 100 -100 25 36 49 64 100]
[ 100 64 49 36 25 -100 100 -100 100 -100]
[-100 100 -100 100 -100 25 36 49 64 100]
[10.0, 10.0, 10.0, 10.0, 10.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 10.0]
## 多维数组
a = np.arange(0,20).reshape((4,5))
print a, a[2,3], a[:,1], a[1:4,2], a[1:3,:]
print a[-1] # 相当于a[-1,:],即索引少于轴数时，确实的索引默认为整个切片
b = np.arange(0,24).reshape((2,3,4))
print b,b[1] # 相当于b[1,:,:] 和b[1,...]
print '-------------------'
for row in a:
print row # 遍历以第一个轴为基础
[[ 0 1 2 3 4]
[ 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14]
[15 16 17 18 19]] 13 [ 1 6 11 16] [ 7 12 17] [[ 5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14]]
[15 16 17 18 19]
[[[ 0 1 2 3]
[ 4 5 6 7]
[ 8 9 10 11]]
[[12 13 14 15]
[16 17 18 19]
[20 21 22 23]]]
[[12 13 14 15]
[16 17 18 19]
[20 21 22 23]]
-------------------
[0 1 2 3 4]
[5 6 7 8 9]
[10 11 12 13 14]
[15 16 17 18 19]
形状操作
a = np.floor(10*np.random.random((3,4)))
print a, a.shape #输出a的形状
print a.ravel() # 输出平坦化后的a（a本身不改变）
a.shape = (6,2); print a # 改变a的形状
print a.transpose() # 输出a的转置
[[ 0\. 4\. 3\. 2.]
[ 1\. 1\. 3\. 3.]
[ 4\. 4\. 6\. 5.]] (3, 4)
[ 0\. 4\. 3\. 2\. 1\. 1\. 3\. 3\. 4\. 4\. 6\. 5.]
[[ 0\. 4.]
[ 3\. 2.]
[ 1\. 1.]
[ 3\. 3.]
[ 4\. 4.]
[ 6\. 5.]]
[[ 0\. 3\. 1\. 3\. 4\. 6.]
[ 4\. 2\. 1\. 3\. 4\. 5.]]
## 补充：reshape和resize
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
b = a
a.reshape((3,2))# 不改变数组本身的形状
print a
b.resize((3,2))# 改变数组本身形状
print b
[[1 2 3]
[4 5 6]]
[[1 2]
[3 4]
[5 6]]