NumPy - 简介
NumPy 是一个 Python 包。 它代表 “Numeric Python”。 它是一个由多维数组对象和用于处理数组的例程集合组成的库。
NumPy 操作
使用NumPy，开发人员可以执行以下操作：
数组的算数和逻辑运算。
傅立叶变换和用于图形操作的例程。
与线性代数有关的操作。 NumPy 拥有线性代数和随机数生成的内置函数。
NumPy的一些主要特点
多维数组对象：NumPy的核心数据结构是ndarray，它是一个多维数组，用于存储同质数据类型的元素。这些数组可以是一维、二维、三维等，非常适用于向量化操作和矩阵运算。
广播功能：NumPy允许在不同形状的数组之间执行操作，通过广播功能，它可以自动调整数组的形状，以使操作变得有效。
丰富的数学函数：NumPy提供了大量的数学、统计和线性代数函数，包括基本的加减乘除、三角函数、指数和对数函数、随机数生成、矩阵操作等。
索引和切片：NumPy允许使用索引和切片操作来访问和修改数组中的元素，这使得数据的选择和处理非常灵活。
高性能计算：NumPy的底层实现是用C语言编写的，因此它在处理大规模数据时非常高效。此外，NumPy还与其他高性能计算库（如BLAS和LAPACK）集成，提供了快速的线性代数运算。
互操作性：NumPy可以与许多其他Python库和数据格式（例如Pandas、SciPy、Matplotlib）无缝集成，这使得数据科学工作流更加流畅。
NumPy 使用
创建数组
1.1创建一维数组
import numpy as np
data=np.array([1,2,3,4])
print(data)1.2创建创建二维数组（矩阵）array
import numpy as np
data=np.array([[1,2,3,4],[4,5,6,7]])
print(data)1.3创建全0 数组
shape属性代表形状 shape（2，5） 就代表创建2行5列的全零数组
import numpy as np
#shape代表形状，比如我这里创建的就是5行三列的2维数组
data=np.ones(shape=(5,3))
print(data)1.4创建全1数组
创建全1数组的用途是初始化一个具有特定形状和大小的数组，其中所有元素都设置为1。在处理一些数学问题或算法时，全1数组可以用作初始值或占位符。
例如，假设我们要计算一个矩阵与自身的转置相乘的结果，我们可以创建一个与输入矩阵相同维度的全1数组，然后将输入矩阵读入该数组进行填充。这样做的好处是，我们可以直接将原始矩阵数据存储在全1数组中，而无需担心数据溢出或其他问题。
import numpy as np
#shape代表形状，比如我这里创建的就是5行三列的2维数组
data=np.ones(shape=(5,3))
print(data)1.5创建全空数组
创建出来的全空数组中的数据都是无限小的、无限接近于0但不是0，这方便我们数学上的一些操作
import numpy as np
#shape代表维度，比如我这里创建的就是5行三列的2维数组
data=np.empty(shape=(5,3))
print(data)1.6 创建有连续序列的数组 arange
数组从10开始步长为2，所以创建出来数组元素就是10，12，14
import numpy as np
data = np.arange(10,16,2) # 10-16的数据，步长为2
print(data)1.7 创建有连续间隔的数组 linspace
也可以称为线性等分向量（linear space），在一个指定区间内按照指定的步长，将区间均等分，生成的是一个线段类型的数组。生成的线性间隔数据中，是有把区间的两端加进去的
import numpy as np
# 创建线段型数据
data= np.linspace(1,10,20) # 开始端1，结束端10，且分割成20个数据，生成线段
print(data)输出：
[ 1. 1.47368421 1.94736842 2.42105263 2.89473684 3.36842105
3.84210526 4.31578947 4.78947368 5.26315789 5.73684211 6.21052632
6.68421053 7.15789474 7.63157895 8.10526316 8.57894737 9.05263158
9.52631579 10. ]1.8创建随机数组
创建随机数组的用途是初始化一个具有特定形状和大小的数组，其中所有元素都是随机生成的。在处理一些需要模拟随机数据的情况时，随机数组可以用作占位符或测试数据。
import numpy as np
data = np.random.rand(3,4)
print(data)这段代码使用NumPy库创建了一个4行5列的随机整数数组，其中每个元素的值在2到5之间
import numpy as np
data=np.random.randint(2,5,size=(4,5));
print(data)输出：
[[2 3 2 3 3]
[2 2 3 4 3]
[2 2 2 3 2]
[3 3 2 3 4]]1.9改变数组形状
这个怎么理解呢，比如说你本来有一个2行3列的数组，你可以把它改成为3行2列的数组
注意：因为数组中元素是没有改变的，所以重塑数组指定的尺寸大小是否和原本的尺寸大小一样，大一点和小一点都会报错，2行3列的数组，你可以把它改成为3行2列的数组 ，或者1行6列，改后尺寸必须一样，reshape本质就是原本数组中的元素按顺序展开来，然后依次填入新定义的尺寸中去.注意 reshape后面填的是元组数据类型
import numpy as np
data1=[1,2,3,4,5]
data2=[1,2,3,4,5]
data=np.array([data1,data2])
print("改之前的数组形状为:")
print(data.shape)
data=data.reshape((5,2))
print("改之后的数组形状为:")
print(data.shape)输出：
改之前的数组形状为:
(2, 5)
改之后的数组形状为:
(5, 2)1.10数组转置
import numpy as np
data = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
data_array = np.array(data)
print("没有转置数组之前数组为：")
print(data)
print("转置数组之后数组为：")
print(data_array.T)输出：
没有转置数组之前数组为：
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
转置数组之后数组为：
[[1 4 7]
[2 5 8]
[3 6 9]]数组显示操作
2.1数组维度 ndim
ndim属性代表数组维度
data = np.array([1, 2, 3])
print(data.ndim)输出 ：1
2.2数组形状shape
shape属性代表数组形状，可以这么理解shape是各个方向的维度(ndim)
print(data.shape)输出：(3,)
2.3数组中元素个数
print(data.size)2.4 数组的数据类型 dtype
print(data.dtype)2.1----2.4
outPut:
1
(3,)
3
int32数组的运算
数组加法
import numpy as np
array1 = np.array([1, 2, 3])
array2 = np.array([4, 5, 6])
result = array1 + array2
print(result)outPut:
[5 7 9]
数组乘法
result=array1*array2
print(result)outPut:
[ 4 10 18]
数组中的数据统计
计算数组的平均值
numpy.mean(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的平均值。参数axis表示沿着哪个轴进行计算，默认为None，表示计算整个数组的平均值；dtype表示返回结果的数据类型，默认为float64；out表示将结果存储在指定的数组中,一般情况下，传个数组进去就可以了，其他的用默认
import numpy as np
data=[1,5,6,9]
mindle=np.mean(data)
print(mindle)OutPut:
5.25
注意：输出的是一个 float:
计算数组的中位数
numpy.median(arr, axis=None, out=None): 计算数组的中位数。参数axis和out的含义与numpy.mean()相同
import numpy as np
data=[1,5,6,9]
data1=np.median(data)
print(data1)outPut:
5.5
注意：输出的是一个 float:
计算数组的标准差
numpy.std(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的标准差。参数axis、dtype和out的含义与numpy.mean()相同。
计算数组的方差
numpy.var(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的方差。参数axis、dtype和out的含义与numpy.mean()相同。
计算数组的最小值
numpy.min(arr, axis=None, out=None): 计算数组的最小值。参数axis和out的含义与numpy.mean()相同。
计算数组的最大值
numpy.max(arr, axis=None, out=None): 计算数组的最大值。参数axis和out的含义与numpy.mean()相同
计算数组的元素之和
numpy.sum(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的元素之和。参数axis、dtype和out的含义与numpy.mean()相同。
计算数组的元素乘积
numpy.prod(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的元素乘积。参数axis、dtype和out的含义与numpy.mean()相同
计算数组的累积和
numpy.cumsum(arr, axis=None, dtype=None, out=None): 计算数组的累积和。参数axis、dtype和out的含义与numpy.mean()相同。
数组的索引和切片
一维数组切片
需要注意的是，切片操作是左闭右开的，即包括起始位置，但不包括结束位置 (index :0---xx)
import numpy as np
arr = np.array([1,2,3,4,5])
print(arr[1:4])
print(arr[0:4])OutPut:
[2 3 4]
[1 2 3 4]
多维数组切片
多维数组单纯讲不太好讲，我多举几个例子吧
import numpy as np
data1=[1,2,3,4,5]
data2=[6,7,8,9,10]
data3=[11,12,13,14,15]
data4=[16,17,18,19,20]
data5=[21,22,23,24,25]
data6=[26,27,28,29,30]
data=np.array([[data1,data2,data3],[data4,data5,data6]])
print(data.shape)
print(data)我先创建了一个3维数组，其形状shape=(2,3,5)运行效果图如下
(2, 3, 5)
[[[ 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 27 28 29 30]]]行切片
假设我们现在只想取前面两行，那我们应该怎么做呢？
思路：我们先取第一维数据
print(data[0:1])[[[ 1 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9 10]
[11 12 13 14 15]]]
现在它现在是不是就被分解成一个2维数组，我们再对这个2维数组进行操作，要想取这个2维数组前面两行，代码是啥呢？是不是就是data[0:2],那我们结合第一步的代码，应该怎么做呢？
print(data[0:1,0:2])OutPut:
[[[ 1 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9 10]]]
这样是不是就取到最前面两行了
其实就是进行分解操作就行，一维一维的进行分解，那我们再来看看列切片吧
列切片
还是以这个数组进行列切片操作
print(data[:,])运行效果图：
[[[ 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 27 28 29 30]]]可能这个操作小伙伴有些就看不懂了，啥意思呢，还是一句话，一维一维的进行分解，因为我们要取的是列，所有全部的行我们就应该都算进去，换句话来说，忽略行的影响 代码就是data[:,]
再来取第2维
代码还是data[:]结合起来就是
print(data[:,:])
[[[ 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 27 28 29 30]]]
我们再来取最后一维
print(data[:,:,0:2])运行效果 ：
[[[ 1 2]
[ 6 7]
[11 12]]
[[16 17]
[21 22]
[26 27]]]至此，列取片也完成
总结：不管是列取片，还是行取片，你都去一维一维的去进行拆分，一维一维的去切片就好了
数组堆叠
垂直堆叠
# 垂直堆叠
stacked_vertically = np.vstack((array1, array2))水平堆叠
# 水平堆叠
stacked_horizontally = np.hstack((array1, array2))保存和加载数组
保存数组到文件
# 保存数组到文件
np.save('my_array.npy', data)加载数组
# 加载数组
loaded_data = np.load('my_array.npy')样例测试：
numpy[:, :3]
numpy[:, :3] 的含义是选择 NumPy 数组的所有行和前三列的数据。
# 创建一个示例的 NumPy 数组
arr = np.array([[1, 2, 3, 4, 5],
[6, 7, 8, 9, 10],
[11, 12, 13, 14, 15]])
# 选择所有行和前三列的数据
subset = arr[:, :3]
print(subset)outPut:
[[ 1 2 3]
[ 6 7 8]
[11 12 13]]解析这个语法：
-
numpy：这是一个代表 NumPy 数组的变量名，通常在代码中被赋予。你需要用实际的变量名替换numpy。 -
[:, :3]：这是一个切片语法，用于指定要获取的元素范围。这里的逗号,分隔两个部分，第一个部分:表示选择所有的行，第二个部分:3表示选择从第 0 列到第 3 列（但不包括第 3 列）的所有列。
