NumPy 基础入门

# 来源：NumPy Biginner's Guide 2e ch2
>>> from numpy import *

多维数组

# 创建多维数组
>>> m = array([arange(2), arange(2)])
>>> m
array([[0, 1],[0, 1]])
# 打印形状
>>> m.shape
(2, 2)# 创建 2x2 的矩阵
>>> a = array([[1,2],[3,4]])
>>> a
array([[1, 2],[3, 4]])# 读取矩阵的每个元素
>>> a[0,0]
1
>>> a[0,1]
2
>>> a[1,0]
3
>>> a[1,1]
4

数值类型

# 每个数据类型都可用作转换函数
>>> float64(42)
42.0
>>> int8(42.0)
42
>>> bool(42)
True
>>> bool(0)
False
>>> bool(42.0)
True
>>> float(True)
1.0
>>> float(False)
0.0# 复数转整数会抛出错误
>>> int(42.0 + 1.j)
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: can't convert complex to int

数据类型对象（dtype）

# 从数值类型构造
>>> dtype(float)
dtype('float64')# 从字符代码构造
>>> dtype('f')
dtype('float32')
>>> dtype('d')
dtype('float64')# 从双字符代码构造
>>> dtype('f8')
dtype('float64')# 获取所有字符代码
>>> sctypeDict.keys()
[0, … 'i2', 'int0']# char 属性获取字符代码
>>> t = dtype('Float64')
>>> t.char
'd'# type 属性获取类型
>>> t.type
<type 'numpy.float64'># str 属性获取完整字符串表示
# 第一个字符是字节序，< 表示小端，> 表示大端，| 表示平台的字节序
>>> t.str
'<f8'# 获取大小
>>> t.itemsize
8# 许多函数拥有 dtype 参数
# 传入数值类型、字符代码和 dtype 都可以
>>> arange(7, dtype=uint16)
array([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6], dtype=uint16)

记录类型

# 定义记录类型
# dtype 传入字段列表，字段用名称和类型表示
>>> t = dtype([('name', str_, 40), ('numitems', int32), ('price', float32)])
>>> t
dtype([('name', '|S40'), ('numitems', '<i4'), ('price','<f4')])# 获取字段
>>> t['name']
dtype('|S40')# 使用记录类型创建数组
# 否则它会把记录拆开
>>> itemz = array([('Meaning of life DVD', 42, 3.14), ('Butter', 13,2.72)], dtype=t)
>>> itemz[1]
('Butter', 13, 2.7200000286102295)

操作形状

>>> b = 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 将数组展开，创建视图
>>> b.ravel()
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 将数组展开，创建副本
>>> b.flatten()
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])# reshape 用于设置数组形状
# 总数必须一致
>>> b.shape = (6,4)
>>> b
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]])# 用于转置矩阵
>>> b.transpose()
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]])# resize 用于原地设置形状
# 其它和 reshape 相同
>>> b.resize((2,12))
>>> b
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]])

堆叠

>>> a = arange(9).reshape(3,3)
>>> a
array([[0, 1, 2],[3, 4, 5],[6, 7, 8]])
>>> b = 2 * a
>>> b
array([[ 0,  2,  4],[ 6,  8, 10],[12, 14, 16]])# 二维数组的轴
# 0：竖直，1：水平
# 三维数组的轴
# 0：纵深，1：竖直，2：水平# 水平堆叠
>>> hstack((a, b))
array([[ 0,  1,  2,  0,  2,  4],[ 3,  4,  5,  6,  8, 10],[ 6,  7,  8, 12, 14, 16]])
# 也可以使用 concatenate，指定轴 1（二维数组的水平轴）
>>> concatenate((a, b), axis=1)
array([[ 0,  1,  2,  0,  2,  4],[ 3,  4,  5,  6,  8, 10],[ 6,  7,  8, 12, 14, 16]])# 竖直堆叠
>>> vstack((a, b))
array([[ 0,  1,  2],[ 3,  4,  5],[ 6,  7,  8],[ 0,  2,  4],[ 6,  8, 10],[12, 14, 16]])
# 也可以使用 concatenate，指定轴 0（二维数组的数值轴，默认值）
>>> concatenate((a, b), axis=0)
array([[ 0,  1,  2],[ 3,  4,  5],[ 6,  7,  8],[ 0,  2,  4],[ 6,  8, 10],[12, 14, 16]])# 纵深堆叠
# 沿第三个轴（深度）堆叠
>>> dstack((a, b))
array([[[ 0,  0],[ 1,  2],[ 2,  4]],[[ 3,  6],[ 4,  8],[ 5, 10]],[[ 6, 12],[ 7, 14],[ 8, 16]]])# 按列堆叠
# 对于一维数组，column_stack 使一维数组变成二维数组的列
>>> oned = arange(2)
>>> oned
array([0, 1])
>>> twice_oned = 2 * oned
>>> twice_oned
array([0, 2])
>>> column_stack((oned, twice_oned))
array([[0, 0],[1, 2]])
# 对于二维数组，就是 hstack
>>> column_stack((a, b))
array([[ 0,  1,  2,  0,  2,  4],[ 3,  4,  5,  6,  8, 10],[ 6,  7,  8, 12, 14, 16]])
>>> column_stack((a, b)) == hstack((a, b))
array([[ True,  True,  True,  True,  True,  True],[ True,  True,  True,  True,  True,  True],[ True,  True,  True,  True,  True,  True]], dtype=bool)# 按行堆叠
# 对于一维数组，row_stack 使一维数组变成二维数组的行
>>> row_stack((oned, twice_oned))
array([[0, 1],[0, 2]])
# 对于二维数组，就是 vstack
>>> row_stack((a, b))
array([[ 0,  1,  2],[ 3,  4,  5],[ 6,  7,  8],[ 0,  2,  4],[ 6,  8, 10],[12, 14, 16]])
>>> row_stack((a,b)) == vstack((a, b))
array([[ True,  True,  True],[ True,  True,  True],[ True,  True,  True],[ True,  True,  True],[ True,  True,  True],[ True,  True,  True]], dtype=bool)

分割

>>> a
array([[0, 1, 2],[3, 4, 5],[6, 7, 8]])# 水平分割，指明分割为多少块
# 不能均分时报错
>>> hsplit(a, 3)
[array([[0],[3],[6]]),array([[1],[4],[7]]),array([[2],[5],[8]])]
# 也可以使用 split 函数指定轴 1（二维数组的水平轴）
>>> split(a, 3, axis=1)
[array([[0],[3],[6]]),array([[1],[4],[7]]),array([[2],[5],[8]])]
# 竖直分割，指明分割为多少块
# 不能均分时报错
>>> vsplit(a, 3)
[array([[0, 1, 2]]), array([[3, 4, 5]]), array([[6, 7,8]])]
# 也可以使用 split 函数指定轴 0（二维数组的竖直轴）
>>> split(a, 3, axis=0)
[array([[0, 1, 2]]), array([[3, 4, 5]]), array([[6, 7,8]])]# 纵深分割
# 我们需要一个三维数组
>>> c = arange(27).reshape(3, 3, 3)
>>> c
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],[24, 25, 26]]])
>>> dsplit(c, 3)
[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]]])]

属性

# ndim 获取数组维度
>>> b
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]])
>>> b.ndim
2# size 获取元素数量
>>> b.size
24# itemsize 获取元素大小
>>> b.itemsize
8# 这两个乘起来就是数组的大小 nbytes
>>> b.nbytes
192
>>> b.size * b.itemsize
192# T 属性用于获取转置，和 tranpose 函数一样
>>> b.resize(6,4)
>>> b
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]])
>>> b.T
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]])# 但如果数组是一维的，我们只能得到它的视图
>>> b.ndim
1
>>> b.T
array([0, 1, 2, 3, 4])# NumPy 中的复数用 j 表示
>>> b = array([1.j + 1, 2.j + 3])
>>> b
array([ 1.+1.j,  3.+2.j])
>>> b.dtype
dtype('complex128')
>>> b.dtype.str
'<c16'# real 用于获取实部
>>> b.real
array([ 1.,  3.])# imag 用于获取虚部
>>> b.imag
array([ 1.,  2.])# flat 属性获取 numpy.flatiter 对象，它是一个迭代器，用于遍历所有元素
>>> b = arange(4).reshape(2,2)
>>> b
array([[0, 1],[2, 3]])
>>> f = b.flat
>>> f
<numpy.flatiter object at 0x103013e00>
>>> for item in f: print item
0
1
2
3# 也可以直接索引 flatiter 对象
>>> b.flat[2]
2# 或者多个元素
>>> b.flat[[1,3]]
array([1, 3])# flat 属性是可设置的，修改 flat 属性的值会修改原始数组
# 设置所有元素
>>> b.flat = 7
>>> b
array([[7, 7],[7, 7]])
# 或者仅仅设置某个元素
>>> b.flat[[1,3]] = 1
>>> b
array([[7, 1],[7, 1]])

转换

# 转换为 Python 列表
>>> b
array([ 1.+1.j,  3.+2.j])
>>> b.tolist()
[(1+1j), (3+2j)]# astype 转换数组中的元素类型
# 复数转为整数时会丢掉虚部
>>> b
array([ 1.+1.j,  3.+2.j])
>>> b.astype(int)
/usr/local/bin/ipython:1: ComplexWarning: Casting complex values to real discards the imaginary part#!/usr/bin/python
array([1, 3])