DeepLearn关于数组和数的操作

本篇文章纯属作为自己的笔记，因为每次写程序都忘记下面的内容，找起来又很浪费时间，所有就索性一次性都整理下来，后续又不新的不会的内弄也会及时更新到文章当中，方便以后查阅。

Python

https://docs.python.org/3.7/c-api/index.html

标准数据类型

不可变数据	可变数据
Number（数字）	List（列表）
String（字符串）	Dictionary（字典）
Tuple（元组）	Set（集合）

数据类型之间的转换

函数	描述
int(x [,base])	将x转换为一个整数
float(x)	将x转换到一个浮点数
complex(real [,imag])	创建一个复数
str(x)	将对象 x 转换为字符串
repr(x)	将对象 x 转换为表达式字符串
eval(str)	用来计算在字符串中的有效Python表达式,并返回一个对象
tuple(s)	将序列 s 转换为一个元组
list(s)	将序列 s 转换为一个列表
set(s)	转换为可变集合
dict(d)	创建一个字典。d 必须是一个 (key, value)元组序列。
frozenset(s)	转换为不可变集合
chr(x)	将一个整数转换为一个字符
ord(x)	将一个字符转换为它的整数值
hex(x)	将一个整数转换为一个十六进制字符串
oct(x)	将一个整数转换为一个八进制字符串

字符串（String）

字符串是 Python 中最常用的数据类型。我们可以使用引号( ’ 或 " )来创建字符串。

访问字符串中的值

Python 访问子字符串，可以使用方括号 [] 来截取字符串：

转义字符

转义字符	描述	实例
(在行尾时)	续行符
\	反斜杠符号
’	单引号
"	双引号
\a	响铃	执行后电脑有响声。
\b	退格(Backspace)
\000	空
\n	换行
\v	纵向制表符
\t	横向制表符
\r	回车，将 \r 后面的内容移到字符串开头，并逐一替换开头部分的字符，直至将 \r 后面的内容完全替换完成。
\f	换页
\yyy	八进制数，y 代表 0~7 的字符，例如：\012 代表换行。
\xyy	十六进制数，以 \x 开头，y 代表的字符，例如：\x0a 代表换行
\other	其它的字符以普通格式输出

字符串运算符

字符串格式化

格式化操作符辅助指令:

列表（List）

列表脚本操作符

列表函数&方法

Python包含以下函数

函数	功能
len(list)	列表元素个数
max(list)	返回列表元素最大值
min(list)	返回列表元素最小值
list(seq)	将元组转换为列表

Python包含以下方法:

方法	功能
list.append(obj)	在列表末尾添加新的对象
list.count(obj)	统计某个元素在列表中出现的次数
list.extend(seq)	在列表末尾一次性追加另一个序列中的多个值（用新列表扩展原来的列表）
list.index(obj)	从列表中找出某个值第一个匹配项的索引位置
list.insert(index, obj)	将对象插入列表
list.pop([index=-1])	移除列表中的一个元素（默认最后一个元素），并且返回该元素的值
list.remove(obj)	移除列表中某个值的第一个匹配项
list.reverse()	反向列表中元素
list.sort( key=None, reverse=False)	对原列表进行排序
list.clear()	清空列表
list.copy()	复制列表

元组（Tuple）

• Python 的元组与列表类似，不同之处在于元组的元素不能修改。

• 元组使用小括号 ( )，列表使用方括号 [ ]。

• 元组创建很简单，只需要在括号中添加元素，并使用逗号隔开即可。

元组与字符串类似，下标索引从 0 开始，可以进行截取，组合等。

元组运算符

与字符串一样，元组之间可以使用 + 号和 * 号进行运算。这就意味着他们可以组合和复制，运算后会生成一个新的元组。

元组内置函数

Python元组包含了以下内置函数

函数	功能
len(tuple)	计算元组元素个数。
max(tuple)	返回元组中元素最大值。
min(tuple)	返回元组中元素最小值。
tuple(iterable)	将可迭代系列转换为元组。

字典（Dictionary）

字典是另一种可变容器模型，且可存储任意类型对象。

字典的每个键值 key=>value 对用冒号 : 分割，每个对之间用逗号(,)分割，整个字典包括在花括号 {} 中 ,格式如下所示：

d = {key1 : value1, key2 : value2, key3 : value3 }

注意：dict 作为 Python 的关键字和内置函数，变量名不建议命名为 dict。

键必须是唯一的，但值则不必。

值可以取任何数据类型，但键必须是不可变的，如字符串，数字。

一个简单的字典实例：

tinydict = {'name': 'runoob', 'likes': 123, 'url': 'www.runoob.com'}

字典内置函数&方法

Python字典包含了以下内置函数：

函数	功能
len(dict)	计算字典元素个数，即键的总数
str(dict)	输出字典，可以打印的字符串表示
type(variable)	返回输入的变量类型，如果变量是字典就返回字典类型

Python字典包含了以下内置方法：

方法	功能
dict.clear()
删除字典内所有元素
dict.copy()	返回一个字典的浅复制
dict.fromkeys()	创建一个新字典，以序列seq中元素做字典的键，val为字典所有键对应的初始值
dict.get(key, default=None)	返回指定键的值，如果键不在字典中返回 default 设置的默认值
key in dict	如果键在字典dict里返回true，否则返回false
dict.items()	以列表返回一个视图对象
dict.keys()	返回一个视图对象
dict.setdefault(key, default=None)	和get()类似, 但如果键不存在于字典中，将会添加键并将值设为default
dict.update(dict2)	把字典dict2的键/值对更新到dict里
dict.values()	返回一个视图对象
pop(key[,default])	删除字典 key（键）所对应的值，返回被删除的值。
popitem()	返回并删除字典中的最后一对键和值。

集合（Set）

集合（set）是一个无序的不重复元素序列。

可以使用大括号 { } 或者 set() 函数创建集合，注意：创建一个空集合必须用 set() 而不是 { }，因为 { } 是用来创建一个空字典。

创建格式：

parame = {value01,value02,...}
或者
set(value)

集合内置方法完整列表

方法	功能
add()	为集合添加元素
clear()	移除集合中的所有元素
copy()	拷贝一个集合
difference()	返回多个集合的差集
difference_update()	移除集合中的元素，该元素在指定的集合也存在。
discard()	删除集合中指定的元素
intersection()	返回集合的交集
intersection_update()	返回集合的交集。
isdisjoint()	判断两个集合是否包含相同的元素，如果没有返回 True，否则返回 False。
issubset()	判断指定集合是否为该方法参数集合的子集。
issuperset()	判断该方法的参数集合是否为指定集合的子集
pop()	随机移除元素
remove()	移除指定元素
symmetric_difference()	返回两个集合中不重复的元素集合。
symmetric_difference_update()	移除当前集合中在另外一个指定集合相同的元素，并将另外一个指定集合中不同的元素插入到当前集合中。
union()	返回两个集合的并集
update()	给集合添加元素

python 四舍五入

round(number[, ndigits])

print('2.3-> \t', round(2.3))
print('2.4-> \t', round(2.4))
print('2.5-> \t', round(2.5))
print('2.51-> \t', round(2.51))
print('2.6-> \t', round(2.6))

print('2.314563-> \t', round(2.314563, 1))
print('2.314563-> \t', round(2.314563, 2))
print('2.314563-> \t', round(2.314563, 3))
print('2.314563-> \t', round(2.314563, 4))
print('2.314563-> \t', round(2.314563, 5))
print('2.314563-> \t', round(2.314563, 6))

Numpy

https://numpy.org/doc/stable/reference/index.html

NumPy(Numerical Python) 是 Python 语言的一个扩展程序库，支持大量的维度数组与矩阵运算，此外也针对数组运算提供大量的数学函数库。

NumPy 是一个运行速度非常快的数学库，主要用于数组计算，包含：

• 一个强大的N维数组对象 ndarray
• 广播功能函数
• 整合 C/C++/Fortran 代码的工具
• 线性代数、傅里叶变换、随机数生成等功能

ndarray 对象

ndarray 概念

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 对象是用于存放同类型元素的多维数组。

ndarray 中的每个元素在内存中都有相同存储大小的区域。

ndarray 内部关系

通过以上ndarray 内部结构，我们可以看到 ndarray 主要由 dtype、shape、stride组成

• 指向内存映射地址的指针-data对象
• 元素解释形象-dtype对象
• 每个维度的元素之间的间隔-strides对象（tuple）
• 对每个维度的数量和大小的描述-shape对象（tuple）

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)

ndarray 内存结构

我们通过numpy.array 方法创建一个2维数组

import numpy as np

a = np.array([[1,2],[4,5],[7,8]])

print("dim:",a.ndim)
print("strides:",a.strides)
print("dtype:",a.dtype)
print("data:",a.data)
print("shape:",a.shape)
print(a)

通过array对象调用ndarray 标量对象，可以获知ndarray 维度大小、元素类型、间隔等信息

通过上述图，我们可以知道 ndarray 内存主要划分为两部分：

• raw data： 计算机一段连续的block，存储在C或者Fortran中的数组

• metdata：有关原始数组数据的信息

ndarray vs list

ndarray 特点

• ndarray 要求所有数据都是同种类型的
• 每个数据占用空间一样
• 数组中存储的数据是一段连续的空间

list 特点

• 可以容纳不同数据类型
• list 中只存放对象的引用，再通过引用找到具体的对象
• 对象的物理地址并不是连续的

所以，综上所述，ndarray 查找数据运行效率比list快，同时ndarray 存储的数据是连续的一段空间，对比list 对象物理地址分散的，ndarray 比 list 更省空间。

NumPy 数组属性

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。

NumPy 创建数组

numpy.random

numpy.random.seed

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.seed.html

random.seed(self, seed=None)
# 多次运行，程序输出结果一致
# 如果不设置随机数种子，多次运行输出结果不一致

numpy.random.rand

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.rand.html#numpy-random-rand

random.rand(d0, d1, ..., dn)

Create an array of the given shape and populate it with random samples from a uniform distribution over [0, 1).

numpy.random.uniform

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.uniform.html

random.uniform(low=0.0, high=1.0, size=None)

Samples are uniformly distributed over the half-open interval [low, high) (includes low, but excludes high). In other words, any value within the given interval is equally likely to be drawn by uniform.

numpy.random.normal

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.normal.html

random.normal(loc=0.0, scale=1.0, size=None)

Draw random samples from a normal (Gaussian) distribution.

numpy.random.randn

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.randn.html

random.randn(d0, d1, ..., dn)

Return a sample (or samples) from the “standard normal” distribution.

numpy.random.randint

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.randint.html

random.randint(low, high=None, size=None, dtype=int)

Return random integers from the “discrete uniform” distribution of the specified dtype in the “half-open” interval [low, high). If high is None (the default), then results are from [0, low).

numpy.random.random_sample

https://numpy.org/doc/stable/reference/random/generated/numpy.random.random_sample.html#numpy.random.random_sample

random.random_sample(size=None)

Results are from the “continuous uniform” distribution over the stated interval. To sample $Unid[a,b),b>a$ multiply the output of random_sample by (b-a) and add a:

numpy.empty

https://numpy.org/doc/stable/reference/generated/numpy.empty.html?highlight=empty#numpy.empty

numpy.empty(shape, dtype=float, order='C', *, like=None)

Return a new array of given shape and type, without initializing entries.

>>> np.empty([2, 2])
array([[ -9.74499359e+001,   6.69583040e-309],
       [  2.13182611e-314,   3.06959433e-309]])         #uninitialized

>>> np.empty([2, 2], dtype=int)
array([[-1073741821, -1067949133],
       [  496041986,    19249760]])                     #uninitialized

numpy.zeros

https://numpy.org/doc/stable/reference/generated/numpy.zeros.html?highlight=zeros#numpy.zeros

numpy.zeros(shape, dtype=float, order='C', *, like=None)

Return a new array of given shape and type, filled with zeros.

numpy.ones

https://numpy.org/doc/stable/reference/generated/numpy.ones.html

numpy.ones(shape, dtype=None, order='C', *, like=None)

Return a new array of given shape and type, filled with ones.

numpy.eye

https://numpy.org/doc/stable/reference/generated/numpy.eye.html

numpy.eye(N, M=None, k=0, dtype=<class 'float'>, order='C', *, like=None)

Return a 2-D array with ones on the diagonal and zeros elsewhere.

数组操作

修改数组形状

函数	描述
reshape	不改变数据的条件下修改形状
flat	数组元素迭代器
flatten	返回一份数组拷贝，对拷贝所做的修改不会影响原始数组
ravel	返回展开数组

翻转数组

函数	描述
transpose	对换数组的维度
ndarray.T	和 self.transpose() 相同
rollaxis	向后滚动指定的轴
swapaxes	对换数组的两个轴

修改数组维度

函数	描述
expand_dims	扩展数组的形状
squeeze	从数组的形状中删除一维条目

连接数组

函数	描述
concatenate	连接沿现有轴的数组序列
stack	沿着新的轴加入一系列数组。
hstack	水平堆叠序列中的数组（列方向）
vstack	竖直堆叠序列中的数组（行方向）

分割数组

函数	描述
split	将一个数组分割为多个子数组
hsplit	将一个数组水平分割为多个子数组（按列）
vsplit	将一个数组垂直分割为多个子数组（按行）

数组元素的添加与删除

函数	描述
resize	返回指定形状的新数组
append	将值添加到数组末尾
insert	沿指定轴将值插入到指定下标之前
delete	删掉某个轴的子数组，并返回删除后的新数组
unique	查找数组内的唯一元素

舍入函数

numpy.around()

numpy.around(a,decimals)

函数返回指定数字的四舍五入值。

参数说明：

• a: 数组
• decimals: 舍入的小数位数。 默认值为0。 如果为负，整数将四舍五入到小数点左侧的位置

numpy.floor()

返回小于或者等于指定表达式的最大整数，即向下取整。

a = np.array([-1.7,  1.5,  -0.2,  0.6,  10])
np.floor(a)

numpy.ceil()

返回大于或者等于指定表达式的最小整数，即向上取整。

a = np.array([-1.7,  1.5,  -0.2,  0.6,  10])
np.ceil(a)

Pytorch

https://pytorch.org/docs/stable/index.html

Tensors

函数	描述
is_tensor	Returns True if obj is a PyTorch tensor.

Creation Ops

函数	描述
tensor	Constructs a tensor with no autograd history (also known as a “leaf tensor”, see Autograd mechanics) by copying data.
as_tensor	Converts data into a tensor, sharing data and preserving autograd history if possible.
from_numpy	Creates a Tensor from a numpy.ndarray.
zeros	Returns a tensor filled with the scalar value 0, with the shape defined by the variable argument size.
zeros_like	Returns a tensor filled with the scalar value 0, with the same size as input.
ones	Returns a tensor filled with the scalar value 1, with the shape defined by the variable argument size.
ones_like	Returns a tensor filled with the scalar value 1, with the same size as input.
arange	Returns a 1-D tensor of size $\lceil \frac{\text{end}-\text{start}}{\text{step}}\rceil$with values from the interval [start, end) taken with common difference step beginning from start.
range	Returns a 1-D tensor of size $\lfloor \frac{\text{end}-\text{start}}{\text{step}}\rfloor +1$with values from start to end with step step.
eye	Returns a 2-D tensor with ones on the diagonal and zeros elsewhere.
empty	Returns a tensor filled with uninitialized data.

Indexing, Slicing, Joining, Mutating Ops

函数	描述
cat	Concatenates the given sequence of seq tensors in the given dimension.
reshape	Returns a tensor with the same data and number of elements as input, but with the specified shape.
split	Splits the tensor into chunks.
squeeze	Returns a tensor with all the dimensions of input of size 1 removed.
unsqueeze	Returns a new tensor with a dimension of size one inserted at the specified position.
transpose	Returns a tensor that is a transposed version of input.

Random sampling

函数	描述
seed	Sets the seed for generating random numbers to a non-deterministic random number.
normal	Returns a tensor of random numbers drawn from separate normal distributions whose mean and standard deviation are given.
rand	Returns a tensor filled with random numbers from a uniform distribution on the interval [0, 1)[0,1)
randint	Returns a tensor filled with random integers generated uniformly between low (inclusive) and high (exclusive).
randn	Returns a tensor filled with random numbers from a normal distribution with mean 0 and variance 1 (also called the standard normal distribution).
randperm	Returns a random permutation of integers from 0 to n - 1.

参考资料

Python numpy ndarray

NumPy Ndarray 对象

Python3 基本数据类型

Python3 数据类型转换

Python3 字符串

Python3 列表

Python3 元组

Python3 字典

Numpy 数组操作

https://pytorch.org/docs/stable/torch.html#pointwise-ops