ndarray数组基本结构和操作
- 写在前面
- 一、创建ndarray(四种)
- 二、属性操作(六个)
- 三、基本运算(七个)
- 四、索引和切片
- 1. 一维数组
- 2. 多维数组
- 3. 查找索引
- 五、统计方法(七类)
- 六、随机数np.random
- 1. 创建随机ndarray数组
- 2. 随机打乱ndarray数组
- 3. 随机选取元素(一维)
- 七、线性代数
- 八、文件读写与保存
- 1. 文本读取
- 2. 文件保存
- 九、Numpy应用举例
- 1. 计算激活函数Sigmoid和ReLU
- 2. 图像翻转和裁剪
写在前面
人生苦短,我用python。
为什么使用ndarray:
- 基础数据结构
- 效率比list高,底层C
- 支持矩阵运算
- 广播机制,兼容不同维度数组的加法
# 使用前导入库文件
import numpy as np
一、创建ndarray(四种)
np.array(list)
:从list/tuple创建np.arrange(start,stop,interval)
:创建序列np.zero([d1,d2,...])
:创建指定维度的全0矩阵(浮点)np.ones([d1,d2,...])
:创建指定维度的全1矩阵(浮点)
二、属性操作(六个)
arr.size
:数组形状,即(x,y,z)
(返回元组)arr.dtype
:数据类型arr.size
:元素个数,即x*y*z
arr.ndim
:维度大小,即len(x,y,z)
arr.astype(np.int64)
:改变数据类型arr.reshap(m,n)
:改变形状
三、基本运算(七个)
+
加,-
减,*
乘,/
除,//
向下取整除,%
模,**
乘方- 标量和ndarray数组之间的运算(所有元素进行运算)
- 两个ndarray数组之间的运算(对应位置元素进行运算)
/
还可以当作分隔符,分隔但不中断语句
四、索引和切片
1. 一维数组
- 一维数组跟Python列表的功能类似
- 区别:数组切片还是指向原来的内存区域
- 将值赋值给一个切片时,该值会自动传播到整个切片
- 如何复制数据?:使用
arr=np.copy(arr)
2. 多维数组
- 在多维数组中,各索引位置上的元素不再是标量而是多维数组
- 以逗号隔开的索引列表来选取单个元素:
arr[a][b]
等价于arr[a,b]
- 在多维数组中,如果省略了后面的索引,则返回对象会是一个低维数组
# 使用for语句生成列表 a = [0, 2, 4]
a = [k for k in range(0, 6, 2)]
3. 查找索引
a = np.array([1,2,3,4,2,4,3,3,4])
max_a = a.max() # 返回第一个索引
np.where(a==max_a) # 返回全部索引的元组
五、统计方法(七类)
对整个数组或某个轴向的数据进行统计计算。
(以下方法既可以当做数组的实例方法,也可以当做Numpy函数使用)
mean
:计算算术平均数,零长度数组的mean为NaN。std
和var
:计算标准差和方差,自由度可调(默认为n)。sum
:对数组中全部或某轴向的元素求和,零长度数组的sum为0。max
和min
:计算最大值和最小值。argmin
和argmax
:分别为最大和最小元素的索引。cumsum
:计算所有元素的累加。cumprod
:计算所有元素的累积。
# 计算均值,使用arr.mean() 或 np.mean(arr),二者是等价的
arr = np.array([[1,2,3], [4,5,6], [7,8,9]])
arr.mean(), np.mean(arr)
# 指定计算的维度
# 沿着第1维求平均,也就是将[1, 2, 3]取平均等于2,[4, 5, 6]取平均等于5,[7, 8, 9]取平均等于8
arr.mean(axis = 1)
# 沿着第0维求和,也就是将[1, 4, 7]求和等于12,[2, 5, 8]求和等于15,[3, 6, 9]求和等于18
arr.sum(axis=0)
# 沿着第0维求最大值,也就是将[1, 4, 7]求最大值等于7,[2, 5, 8]求最大值等于8,[3, 6, 9]求最大值等于9
arr.max(axis=0)
# 沿着第1维求最小值,也就是将[1, 2, 3]求最小值等于1,[4, 5, 6]求最小值等于4,[7, 8, 9]求最小值等于7
arr.min(axis=1)
六、随机数np.random
1. 创建随机ndarray数组
- 设置随机数种子
# 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
np.random.seed(10)
a = np.random.rand(3, 3)
- 均匀分布
# 生成均匀分布随机数,随机数取值范围在[0, 1)之间
a = np.random.rand(3, 3)
# 生成均匀分布随机数,指定随机数取值范围和数组形状
# 未指定形状则返回一个数字,即rand()等价于uniform(0,1)
a = np.random.uniform(low = -1.0, high = 1.0, size=(2,2))
- 正态分布
# 生成标准正态分布随机数
a = np.random.randn(3, 3)
# 生成正态分布随机数,指定均值loc和方差scale
a = np.random.normal(loc = 1.0, scale = 1.0, size = (3,3))
2. 随机打乱ndarray数组
- 随机打乱1维ndarray数组顺序,发现所有元素位置都被打乱了
# 生成一维数组
a = np.arange(0, 30)
# 打乱一维数组顺序
np.random.shuffle(a)
- 随机打乱2维ndarray数组顺序,发现只有行的顺序被打乱了,列顺序不变
# 生成一维数组
a = np.arange(0, 30)
# 将一维数组转化成2维数组
a = a.reshape(10, 3)
# 打乱一维数组顺序
np.random.shuffle(a)
3. 随机选取元素(一维)
# 随机选取部分元素(30选5)
a = np.arange(30)
b = np.random.choice(a, size=5)
# 随机选取部分元素(30选1)
c = np.random.choice(30)
七、线性代数
线性代数(如矩阵乘法、矩阵分解、行列式以及其他方阵数学等)是任何数组库的重要组成部分,Numpy中实现了线性代数中常用的各种操作,并形成了numpy.linalg
线性代数相关的模块。
diag
:以一维数组的形式返回方阵的对角线(或非对角线)元素,或将一维数组转换为方阵(非对角线元素为0)。dot
:矩阵乘法。注意:b.dot(c)
等价于np.dot(b,c)
。trace
:计算对角线元素的和。linalg.det
:计算矩阵行列式。linalg.eig
:计算方阵的特征值和特征向量。linalg.inv
:计算方阵的逆。
# 矩阵相乘
a = np.arange(12)
b = a.reshape([3, 4])
c = a.reshape([4, 3])
# 矩阵b的第二维大小,必须等于矩阵c的第一维大小
d = b.dot(c) # 等价于 np.dot(b, c)
八、文件读写与保存
1. 文本读取
Numpy可以方便的进行文件读写,如下面这种格式的文本文件:
# 使用np.fromfile从文本文件'housing.data'读入数据
# 这里要设置参数sep = ' ',表示使用空白字符来分隔数据
# 空格或者回车都属于空白字符,读入的数据被转化成1维数组
d = np.fromfile('./work/housing.data', sep = ' ')
2. 文件保存
Numpy提供了save和load接口,直接将数组保存成文件(保存为.npy格式),或者从.npy文件中读取数组。
# 产生随机数组a
a = np.random.rand(3,3)
np.save('a.npy', a)
# 从磁盘文件'a.npy'读入数组
b = np.load('a.npy')
# 检查a和b的数值是否一样
check = (a == b).all()
九、Numpy应用举例
1. 计算激活函数Sigmoid和ReLU
使用ndarray数组可以很方便的构建数学函数,并利用其底层的矢量计算能力快速实现计算。下面以神经网络中比较常用激活函数Sigmoid和ReLU为例,介绍代码实现过程。
# ReLU和Sigmoid激活函数示意图
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
#设置图片大小
plt.figure(figsize=(8, 3))
# x是1维数组,数组大小是从-10. 到10.的实数,每隔0.1取一个点
x = np.arange(-10, 10, 0.1)
# 计算 Sigmoid函数
s = 1.0 / (1 + np.exp(- x))
# 计算ReLU函数
y = np.clip(x, a_min = 0., a_max = None)
#############################
# 以下部分为画图程序
# 设置两个子图窗口,将Sigmoid的函数图像画在左边
f = plt.subplot(121)
# 画出函数曲线
plt.plot(x, s, color='r')
# 添加文字说明
plt.text(-5., 0.9, r'$y=\sigma(x)$', fontsize=13)
# 设置坐标轴格式
currentAxis=plt.gca()
currentAxis.xaxis.set_label_text('x', fontsize=15)
currentAxis.yaxis.set_label_text('y', fontsize=15)
# 将ReLU的函数图像画在右边
f = plt.subplot(122)
# 画出函数曲线
plt.plot(x, y, color='g')
# 添加文字说明
plt.text(-3.0, 9, r'$y=ReLU(x)$', fontsize=13)
# 设置坐标轴格式
currentAxis=plt.gca()
currentAxis.xaxis.set_label_text('x', fontsize=15)
currentAxis.yaxis.set_label_text('y', fontsize=15)
plt.show()
2. 图像翻转和裁剪
图像是由像素点构成的矩阵,其数值可以用ndarray来表示。将上述介绍的操作用在图像数据对应的ndarray上,可以很轻松的实现图片的翻转、裁剪和亮度调整,具体代码和效果如下所示。
# 导入需要的包
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image
# 读入图片
image = Image.open('bus.png')
image = np.array(image)
# 查看数据形状,其形状是[H, W, 3],
# 其中H代表高度, W是宽度,3代表RGB三个通道
image.shape #(612, 612, 3)
# 原始图片
plt.imshow(image)
# 垂直方向翻转
# 这里使用数组切片的方式来完成,
# 相当于将图片最后一行挪到第一行,
# 倒数第二行挪到第二行,...,
# 第一行挪到倒数第一行
# 对于行指标,使用::-1来表示切片,
# 负数步长表示以最后一个元素为起点,向左走寻找下一个点
# 对于列指标和RGB通道,仅使用:表示该维度不改变
image1 = image[::-1, :, :]
plt.imshow(image1)
# 水平方向翻转
image2 = image[:, ::-1, :]
plt.imshow(image2)
# 保存图片
im2 = Image.fromarray(image2)
im2.save('im2.jpg')
# 高度方向裁剪
H, W = image.shape[0], image.shape[1]
# 注意此处用整除,H_start必须为整数
H1 = H // 2
H2 = H
image3 = image[H1:H2, :, :]
plt.imshow(image3)
# 宽度方向裁剪
W1 = W//6
W2 = W//3 * 2
image4 = image[:, W1:W2, :]
plt.imshow(image4)
# 两个方向同时裁剪
image5 = image[H1:H2, \W1:W2, :]
plt.imshow(image5)
# 调整亮度
image6 = image * 0.5
plt.imshow(image6.astype('uint8'))
# 调整亮度
image7 = image * 2.0
# 由于图片的RGB像素值必须在0-255之间,
# 此处使用np.clip进行数值裁剪
image7 = np.clip(image7, \a_min=None, a_max=255.)
plt.imshow(image7.astype('uint8'))
#高度方向每隔一行取像素点
image8 = image[::2, :, :]
plt.imshow(image8)
#宽度方向每隔一列取像素点
image9 = image[:, ::2, :]
plt.imshow(image9)
#间隔行列采样,图像尺寸会减半,清晰度变差
image10 = image[::2, ::2, :]
plt.imshow(image10)
print(image10.shape) # (240, 160, 3)
转自https://star2dust.github.io/post/ndarray-notes/
ndarray数组基本结构和操作相关推荐
- python数据分析 - numpy | ndarray数组 | numpy常用函数
文章目录 数据分析 numpy概述 numpy历史 numpy的核心:多维数组 numpy基础 ndarray数组 内存中的ndarray对象 ndarray数组对象的特点 ndarray数组对象的创 ...
- Numpy基础(part2)--ndarray数组
鄙人学习笔记,这个笔记以例子为主. 开发工具:Spyder 文章目录 ndarray数组对象的维度操作 视图变维(数据共享) 复制变维(数据独立) 就地变维 ndarray数组切片操作 多维数组的切片 ...
- python中import numpy_Python开发:NumPy学习(一)ndarray数组
一.数据维度 一个数据表达一个含义,一组数据表达一个或多个含义. 数据维度概念:一组数据的组织形式,其中有一维数据.二维数据.多维数据.高维数据. 1. 一维数据 一维数据由对等关系的有序或无序数据构 ...
- python中文读音ndarray-Python开发:NumPy学习(一)ndarray数组
一.数据维度 一个数据表达一个含义,一组数据表达一个或多个含义. 数据维度概念:一组数据的组织形式,其中有一维数据.二维数据.多维数据.高维数据. 1. 一维数据 一维数据由对等关系的有序或无序数据构 ...
- NumPy学习笔记(一)—— ndarray数组
简介 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.如果你使用 Python 语言进行科学 ...
- 图的存储结构与操作--C语言实现
图(graph)是一种比树结构还要复杂的数据结构,它的术语,存储方式,遍历方式,用途都比较广,所以如果想要一次性完成所有的代码,那代码会非常长.所以,我将分两次来完成图的代码.这一次,我会完成图的五种 ...
- winform combobox第12345行的数据_Python学习第109课--ndarray的创建和切分操作
[每天几分钟,从零入门python编程的世界!] ●创建ndarray多维数组 设我们想创建一个这样的ndarray三维数组: [1 2 3 4 5] [6 7 8 9 10] [11 12 13 1 ...
- Numpy基础(part1)--ndarray数组
鄙人学习笔记,这个笔记以例子为主. 开发工具:Spyder 文章目录 使用python做数据分析的常用库 numpy概述 ndarray数组 内存中的ndarray对象 ndarray数组对象的创建 ...
- 中的数组怎么转成结构体_PLC知识,什么是数组和结构体?
今天给大家介绍一下什么是数组,什么是结构体,关于数组我们会介绍数组的定义.它的使用方法,关于结构体我们会介绍结构体的使用.怎么去建立一个结构体等知识,之前也是有部分学员有问过这些问题的,那么都一块儿给 ...
最新文章
- Android API 中文 (51) —— ZoomButtonsController
- spring整合mybatis(入门级简单教程2)
- PostgreSQL9.5和JSONB的强大功能
- tomcat两个项目冲突
- akka actor父子监管的实现
- 档案电子封装包Java类,email: Android电子邮件库(基于JavaMail封装)
- [Dynamic Language] Python os
- flowable activiti 回退 驳回_驳回复审中图文组合商标与图形商标不近似性如何论述?...
- UVA12015 Google is Feeling Lucky【最值+排序】
- JQuery AJAX处理页面返回的XML
- 【乌拉圭】乌拉圭决定采用日本-巴西数字电视制式标准
- 怎样在计算机中找小键盘,笔记本怎么关小键盘【方法步骤】
- JavaScript的三座大山--(2)--作用域和闭包
- 中科院1区JGG微生物专刊征稿
- 国内技术管理人员批阅google的“春运交通图”项目
- 微观平台_不再受到微观管理
- Ebox还没到,可怎么办呢
- 地下交通站之贾贵经典语录
- react-native抽奖转盘制作
- ubuntu下使用chm2pdf转换chm为pdf