在 Python 中创建数组有许多的方法,这里我们使用 Numpy 中的arange方法快速的新建一个数组:
import numpy as np
a = np.arange(5)
其中import numpy as np是指引入Numpy这个库,并取别名为np。之所以取别名,是为了代码编写的方便。a=np.arange(5)是指将数值0 1 2 3 4赋值给a这个变量,这样我们就快速的创建了一个一维数组。
创建多维数组的方法是:
import numpy as np
b = np.array([np.arange(6),np.arange(6)])
这里,我们使用两个arange方法,创建了两个1x6的一维数组,然后使用numpy的array方法,将两个一维数组组合成一个2x6的二维数组。从而达到了创建多维数组的目的。
numpy创建的数组可以直接复制,具体代码示例如下:
import numpy as np
x = [y for y in range(6)]
b=np.array([x]*4)
该段代码会创建一个4*6的数组。
Numpy库可以直接进行一些四则运算,快速的处理两个Numpy数组:
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
b = np.array([[4,5,6],[1,2,3]])
1. 加法
In:np.add(a,b) 或 a+b
Out:array([[5, 7, 9],
[5, 7, 9]])
2.减法
In:np.subtract(a,b) 或 a-b
Out:array([[-3, -3, -3],
[ 3, 3, 3]])
3.乘法(X乘)
In:np.multiply(a,b) 或 a * b
Out:array([[ 4, 10, 18],
[ 4, 10, 18]])
4. 乘法(点乘)
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
b = np.array([4,5,6])
In: np.dot(a,b)
Out:array([32, 77])
5.除法
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
b = np.array([[4,5,6],[1,2,3]])
In:np.divide(a,b) 或 a/b
Out:array([[ 0.25, 0.4 , 0.5 ],
[ 4. , 2.5 , 2. ]])
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
1.加法
In: a +1
Out:array([[2, 3, 4],
[5, 6, 7]])
2.减法
In: a -1
Out:array([[0, 1, 2],
[3, 4, 5]])
3.乘法
In: a*2
Out:array([[ 2, 4, 6],
[ 8, 10, 12]])
4.除法
In: a/2
Out:array([[ 0.5, 1. , 1.5],
[ 2. , 2.5, 3. ]])
5.求余
In:a%2
Out:array([[1, 0, 1],
[0, 1, 0]])
6.矩阵转置
In:a.T
Out:array([[1, 4],
[2, 5],
[3, 6]])
7.矩阵的逆
矩阵可逆的充要条件是矩阵满秩。
import numpy as np
import numpy.linalg as lg
a = np.array([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
In:lg.inv(a)
Out:array([[ 3.15251974e+15, -6.30503948e+15, 3.15251974e+15],
[ -6.30503948e+15, 1.26100790e+16, -6.30503948e+15],
[ 3.15251974e+15, -6.30503948e+15, 3.15251974e+15]])
一维Numpy数组的切片操作与Python列表的切片一样。下面首先来定义数字0 1 2直到8的数组,然后通过指定下标3到7来选择数组的部分元素,这实际上就是提取数组中值为3到6的元素。
In: import numpy as np
In: a = np.arange(9)
In: a[3:7]
Out: array([3,4,5,6])
同时用下标选择元素,下标范围从0到7,并且下标每次递增2,如下所示:
In: a[:7:2]
Out:array([0,2,4,6])
也可以像Python数组一样,用负值下标来反转数组:
In: a[::-1]
Out: array([8,7,6,5,4,3,2,1,0])
对于二维数组的索引,类似与Python数组的列表:
In: a=np.array([[1,2,3],[4,3,2]])
In: a[1][0]
Out:array([4])
In:a[1,:2] #获取第1维的前2个元素
Out:array([4, 3])
使用Numpy,我们可以方便的更改数组的形状,比如使用reshape()、ravel()、flatten()、transpose()函数等。
具体的使用如下:
reshape()
import numpy as np
In: b = np.arange(24).reshape(2,3,4)
In: b
Out: array([[[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11]],
[[12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19],
[20, 21, 22, 23]]])
ravel()
拆解,将多维数组变成一维数组。
In: b.ravel()
Out: array([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17, 18, 19, 20, 21, 22, 23])
flatten()
拉直,其功能与ravel()相同,但是flatten()返回的是真实的数组,需要分配新的内存空间,而ravel()仅仅是改变视图。
In: b.flatten()
Out: array([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17, 18, 19, 20, 21, 22, 23])
shape()
使用元组改变数组形状。
In: b.shape = (6,4)
In: b
out: array([[ 0, 1, 2, 3],
[ 4, 5, 6, 7],
[ 8, 9, 10, 11],
[12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19],
[20, 21, 22, 23]])
transpose()
转置。
In: b.transpose()
Out: array([[ 0, 4, 8, 12, 16, 20],
[ 1, 5, 9, 13, 17, 21],
[ 2, 6, 10, 14, 18, 22],
[ 3, 7, 11, 15, 19, 23]])
从深度看,数组既可以横向叠放,也可以竖向叠放。因此,我们我们对数组进行堆叠,Numpy数组对堆叠包含以下几个函数:
首先,创建两个数组。
In: a = np.arange(9).reshape(3,3)
In: a
Out: array([[0, 1, 2],
[3, 4, 5],
[6, 7, 8]])
In: b = a*2
In: b
Out: array([[ 0, 2, 4],
[ 6, 8, 10],
[12, 14, 16]])
hstack()
水平叠加。
In: np.hstack((a,b)) # 注意 这里是两层括号
Out: array([[ 0, 1, 2, 0, 2, 4],
[ 3, 4, 5, 6, 8, 10],
[ 6, 7, 8, 12, 14, 16]])
vstack()
垂直叠加。
In: np.vstack((a,b))
Out:array([[ 0, 1, 2],
[ 3, 4, 5],
[ 6, 7, 8],
[ 0, 2, 4],
[ 6, 8, 10],
[12, 14, 16]])
dstack()
深度叠加。
In: np.dstack((a,b))
Out: array([[[ 0, 0],
[ 1, 2],
[ 2, 4]],
[[ 3, 6],
[ 4, 8],
[ 5, 10]],
[[ 6, 12],
[ 7, 14],
[ 8, 16]]])
使用Numpy,我们可以方便的对数组进行拆分,比如使用hsplit()、vsplit()、dsplit()、split()函数等。
准备数组。
import numpy as np
In: a= np.arange(9).reshape(3,3)
In: a
Out: array([[0, 1, 2],
[3, 4, 5],
[6, 7, 8]])
hsplit()
横向拆分。
In: np.hsplit(a,3)
Out:[array([[0],[3], [6]]),
array([[1], [4],[7]]),
array([[2],[5], [8]])]
vsplit()
纵向拆分。
In: np.vsplit(a,3)
Out: [array([[0, 1, 2]]), array([[3, 4, 5]]), array([[6, 7, 8]])]
dsplit()
深度拆分。
深度拆分要求数组的秩大于等于3。
c= np.arange(27).reshape(3,3,3)
In: np.dsplit(c,3)
Out:[array([[[ 0],
[ 3],
[ 6]],
[[ 9],
[12],
[15]],
[[18],
[21],
[24]]]),
array([[[ 1],
[ 4],
[ 7]],
[[10],
[13],
[16]],
[[19],
[22],
[25]]]),
array([[[ 2],
[ 5],
[ 8]],
[[11],
[14],
[17]],
[[20],
[23],
[26]]])]