学习python数据分析与展示
所采用到的课程链接是北理-Python数据分析与展示-Numpy、Matplotlib、Pandas
数据ndarray
提出数据的维度,维度表示一组数据的组织形式,可以对内部数据进行一维数据,二维数据等各个方式进行解释
一维数据由对等关系的有序或无序的数据结果组成,所以通过采用线性排序方式组织来对应列表,数组和集合等概念
一组数据的有序结构
列表数据类型可以不同,数组数据类型相同
在一维以及二维数据等程度上仍然可以增加维度,称为多维数据,或者叫高维数据,比如可以增加时间维度
这里我使用到的是jupyter notebook进行演示,Numpy的下载的话就是pip install+需要的模块
,这里的pip可能要看是什么样的系统,有一些可能是pip3
引入Numpy的模块如下
import Numpy as np
一般简写名字的话都是简写成np方便 其他人在看我们自己写的代码的时候可以方便理解
在这里,我们为什么要引入数组对象类型?
这里举一个具体的例子如下
def sum():
a=[1,2,3,4,6,6]
b=[7,12,4,5,6,7]
c=[]
for i in range(len(b)):
c.append(a[i]**2+b[i]**3)
return c
print(sum())
这里使用到的是一个循环进行计算,但是使用了ndarray数组时候,就可以方便,并且起到简化代码以及节约空间的作用,可以理解为将其理解为更加人性化,下面使用ndarray实现上面的内容
import numpy as np
def nsum():
a=np.array([1,2,3,4,6,6])
b=np.array([7,12,4,5,6,7])
c=a**2+b**3
return c
print(nsum())
得出的结果都是如下
[ 344 1732 73 141 252 379]
可以得出使用数组对象的原因如下
ndarray是一个多维数组对象,有两个部分:
属性 | 说明 |
---|---|
.ndim | 秩,即轴的数量或维度的数量 |
.shape | ndarray对象的尺度,对于矩阵,n行m列 |
.size | ndarray对象元素的个数,相当于.shape中n*m的值 |
.dtype | ndarray对象的元素类型 |
.itemsize | ndarray对象中每个元素的大小,以字节为单位 |
array([[1,3,4,5,6],[7,7,9,7,12]])
a
#array([[ 1, 3, 4, 5, 6],
# [ 7, 7, 9, 7, 12]])
a.itemsize
#4
a.shape
#(2, 5)
a.ndim
#2
a.size
#10
数据类型 | 说明 |
---|---|
bool | 布尔类型,True或False |
intc | 与c语言中的int类型一致,一般是int32或int64 |
intp | 用于索引的整数,与c语言中ssize_t一致,int32或int64 |
int8 | 字节长度的整数,取值 : [ − 128 , 127 ] \text字节长度的整数,取值 : [-128,127] 字节长度的整数,取值:[−128,127] |
int16 | 16位长度的整数,取值 : [ − 32768 , 32767 ] \text {16位长度的整数,取值 : }[-32768,32767] 16位长度的整数,取值 : [−32768,32767] |
int32 | 32位长度的整数,取值 : [ − 2 31 , 2 31 − 1 ] \text { 32位长度的整数,取值 : }\left[-2^{31}, 2^{31}-1\right] 32位长度的整数,取值 : [−231,231−1] |
int64 | 64位长度的整数,取值 : [ − 2 63 , 2 63 − 1 ] \left[-2^{63}, 2^{63}-1\right] [−263,263−1] |
uint8 \text { uint8 } uint8 | 8位无符号整数,取值 : [ 0 , 255 ] \text { 8位无符号整数,取值 : }[0,255] 8位无符号整数,取值 : [0,255] |
uint16 \text { uint16 } uint16 | 16位无符号整数,取值 : [ 0 , 65535 ] \text { 16位无符号整数,取值 : }[0,65535] 16位无符号整数,取值 : [0,65535] |
uint32 | 32位无符号整数,取值:[0, 232‐1] \text{32位无符号整数,取值:[0, 232‐1]} 32位无符号整数,取值:[0, 232‐1] |
uint64 | 32位无符号整数,取值:[0, 264‐1] \text{32位无符号整数,取值:[0, 264‐1]} 32位无符号整数,取值:[0, 264‐1] |
float16 | 16位半精度浮点数:1位符号位,5位指数,10位尾数 \text{16位半精度浮点数:1位符号位,5位指数,10位尾数} 16位半精度浮点数:1位符号位,5位指数,10位尾数 |
float32 | 32位半精度浮点数:1位符号位,8位指数,23位尾数 |
float64 | 64位半精度浮点数:1位符号位,11位指数,52位尾数 |
complex64 | 复数类型,实部和虚部都是32位浮点数 |
complex128 | 复数类型,实部和虚部都是64位浮点数 |
复数的表示方法如下
实部 ( . r e a l ) + j 虚部 ( . i m a g ) 实部(.real)+j虚部(.imag) 实部(.real)+j虚部(.imag)
ndarray数组的创建方法如下
• 从Python中的列表、元组等类型创建ndarray数组
• 使用NumPy中函数创建ndarray数组,如:arange, ones, zeros等
• 从字节流(raw bytes)中创建ndarray数组
• 从文件中读取特定格式,创建ndarray数组
从Python中的列表、元组等类型创建ndarray数组
x = np.array(list/tuple)
x = np.array(list/tuple, dtype=np.float32)
当我们使用np.array()时不指定dtype,那么NumPy将根据数据情况关联并自动生成一个一个dtype类型
a=np.array([3,4,6])#列表类型
print(a)
#[3 4 6]
b=np.array((3,6,7))#元组类型
print(b)
#[3 6 7]
c=np.array([[2,3],[9,8],[6,7]])#列表和元组
print(c)
#[[2 3]
#[9 8]
#[6 7]]
(2)通过NumPy中的函数创建ndarray数组,如:arange, ones, zeros等(这里大家可以和matlab的操作相联系)
函数 | 说明 |
---|---|
np.arange(n) | 类似range()函数,返回ndarray类型,元素从0到n‐1 |
np.ones(shape) | 根据shape生成一个全1数组,shape是元组类型 |
np.zeros(shape) | 根据shape生成一个全0数组,shape是元组类型 |
np.full(shape,val) | 根据shape生成一个数组,每个元素值都是val |
np.eye(n) | 创建一个正方的n*n单位矩阵,对角线为1,其余为0 |
np.ones_like(a) | 根据数组a的形状生成一个全1数组 |
np.zeros_like(a) | 根据数组a的形状生成一个全0数组 |
np.full_like(a,val) | 根据数组a的形状生成一个数组,每个元素值都是val |
(3)使用NumPy中其他函数创建ndarray数组
函数 | 说明 |
---|---|
np.linspace() | 根据起止数据等间距地填充数据,形成数组 |
np.concatenate() | 将两个或多个数组合并成一个新的数组 |
举一个简单的例子
d=np.eye(4)
d
#array([[1., 0., 0., 0.],
# [0., 1., 0., 0.],
# [0., 0., 1., 0.],
# [0., 0., 0., 1.]])
#)
e=np.zeros((3,3))
e
#array([[0., 0., 0.],
# [0., 0., 0.],
# [0., 0., 0.]])
维度变换的操作,需要我们注意到的是,我们应当考虑哪些办法是不改变原数组的,哪些又是改变原数组的
方法 | 说明 |
---|---|
.reshape(shape) | 不改变数组元素,返回一个shape形状的数组,原数组不变 |
.resize(shape) | 与.reshape()功能一致,但修改原数组 |
.swapaxes(ax1,ax2) | 将数组n个维度中两个维度进行调换 |
.flatten() | 对数组进行降维,返回折叠后的一维数组,原数组不变 |
f=np.ones((4,3),dtype=np.int32)
f
#array([[1, 1, 1],
# [1, 1, 1],
# [1, 1, 1],
# [1, 1, 1]])
f.reshape((3,4))
#array([[1, 1, 1, 1],
# [1, 1, 1, 1],
# [1, 1, 1, 1]])
这部分的操作可以对对内存等方面做出变化
new_a=a.astype(new_type)
f=np.ones((4,3),dtype=np.int32)
f
#array([[1, 1, 1],
# [1, 1, 1],
# [1, 1, 1],
# [1, 1, 1]])
g=f.astype(np.float64)
g
#array([[1., 1., 1.],
# [1., 1., 1.],
# [1., 1., 1.],
# [1., 1., 1.]])
即使类型相似,但是astype()方法一定会创建新的数组(原始数据的一个拷贝)
数组向列表替换的操作如下,使用到的函数是
ls=a.tolist()
以上面的数组g
为例子可以得到
[[1.0, 1.0, 1.0], [1.0, 1.0, 1.0], [1.0, 1.0, 1.0], [1.0, 1.0, 1.0]]
索引:获取数组当中特定位置元素(标记位置的元素)的过程
切片:获取数组元素子集的过程
这一部分的切片操作和matlab设置步长的操作是不同的
一维数组的索引和切片操作
h=np.array([1,3,4,9,6,7,])
h[3]
#9
h[1:4]
#array([3, 4, 9])
多维数组的切片
每一个维度的切片方法与一维数组相同
每个维度可以使用步长进行跳跃切片
I=np.array([[2,3,4,7],[4,5,7,12],[2,6,7,5],[3,4,6,2]])
I
#array([[ 2, 3, 4, 7],
# [ 4, 5, 7, 12],
# [ 2, 6, 7, 5],
# [ 3, 4, 6, 2]])
I[3]
#array([3, 4, 6, 2])
I[3,1]
#4
数组与标量之间的运算,数组与标量之间运算作用于每一个元素
对数组每一个元素进行运算
元素级运算函数如下
函数 | 说明 |
---|---|
np.abs(x) np.fabs(x) | 计算数组各元素的绝对值 |
np.sqrt(x) | 计算数组各元素的平方根 |
np.square(x) | 计算数组各元素的平方 |
np.log(x) np.log10(x),np.log2(x) | 计算数组各元素的自然对数、10底对数和2底对数 |
np.ceil(x) np.floor(x) | 计算数组各元素的ceiling值 或 floor值 |
一元函数
函数 | 说明 |
---|---|
np.rint(x) | 计算数组各元素的四舍五入值 |
np.modf(x) | 将数组各元素的小数和整数部分以两个独立数组形式返回 |
np.cos(x) np.cosh(x),np.sin(x) np.sinh(x),np.tan(x) np.tanh(x) | 计算数组各元素的普通型和双曲型三角函数 |
np.exp(x) | 计算数组各元素的指数值 |
np.sign(x) | 计算数组各元素的符号值,1(+), 0, ‐1(‐) |
一元函数的使用实例
np.square(I)
np.square(I)
array([[ 4, 9, 16, 49],
[ 16, 25, 49, 144],
[ 4, 36, 49, 25],
[ 9, 16, 36, 4]], dtype=int32)
np.sqrt(I)
array([[1.41421356, 1.73205081, 2. , 2.64575131],
[2. , 2.23606798, 2.64575131, 3.46410162],
[1.41421356, 2.44948974, 2.64575131, 2.23606798],
[1.73205081, 2. , 2.44948974, 1.41421356]])
np.modf(np.sqrt(I))
(array([[0.41421356, 0.73205081, 0. , 0.64575131],
[0. , 0.23606798, 0.64575131, 0.46410162],
[0.41421356, 0.44948974, 0.64575131, 0.23606798],
[0.73205081, 0. , 0.44948974, 0.41421356]]),
array([[1., 1., 2., 2.],
[2., 2., 2., 3.],
[1., 2., 2., 2.],
[1., 2., 2., 1.]]))
需要的时候进行对照使用即可,并不需要进行记忆
Numpy二元函数二元运算符
函数 | 说明 |
---|---|
+ ‐ * / ** | 两个数组各元素进行对应运算 |
np.maximum(x,y) np.fmax(),np.minimum(x,y) np.fmin() | 元素级的最大值/最小值计算 |
np.mod(x,y) | 元素级的模运算 |
np.copysign(x,y) | 将数组y中各元素值的符号赋值给数组x对应元素 |
> < >= <= == != | 算术比较,产生布尔型数组 |
简单学习了一下Numpy的使用,在后面大家在需要使用到函数的时候再进行计算即可