python Numpy快速入門

numpy是python的乙個矩陣處理庫，提供了大量點矩陣處理函式，其內部通過c語言實現，執行速度快。

1.一維numpy陣列

使用numpy提供的arange(n)函式可以建立乙個包含n個元素的numpy陣列，取值分別為0～n-1.

>>> 
from numpy import *
>>> a=arange(4)
>>> a
array([0, 1, 2, 3])
>>> a.shape
(4,)
>>>

使用array()建立numpy陣列.

>>> mm=array((4,5,1))
>>> mm
array([4, 5, 1])
>>> pp=array((10,20,30))
>>> pp
array([10, 20, 30])
>>> mm+pp
array([14, 25, 31])
>>> pp*2
array([20, 40, 60])

使用標準的python時，向量運算需要迴圈實現，使用numpy可以直接運算. 對每個元素平方：

>>> mm**2
array
([16, 25, 1])

訪問元素：

>>> mm[1]
5>>> pp[2]
30>>> 
2*mm[1]
10>>>

2. 多維numpy陣列

>>> jj=array([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]])
>>> jj
array([[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]])

陣列訪問：

>>> jj[1]
array([4, 5, 6])
>>> jj[1][1]
5>>> jj[0,2]
3

陣列相乘

>>> a1=array([1,2,3])
>>> b1=array([4,8,10])
>>> a1*b1
array([ 4, 16, 30])
>>> a2=array([[2,3,4],[5,6,7]])
>>> b2=array([[1,2,3],[4,5,6]])
>>> a2*b2
array([[ 2, 6, 12],
[20, 30, 42]])
>>>

可以看到numpy陣列相乘，兩個陣列行和列都是相同的，然後對應位置相乘。陣列乘法和矩陣乘法還是有區別的，矩陣乘法中兩個矩陣必須滿足m＊n和n＊k的條件。

3.numpy矩陣

建立numpy矩陣需要匯入matrix或mat模組

>>> from numpy import mat,matrix
>>> m1=mat([[1,2,3],[2,3,1]])
>>> m1
matrix([[1, 2, 3],
[2, 3, 1]])
>>> m2=mat([[1,1,2],[2,1,1]])
>>> m2
matrix([[1, 1, 2],
[2, 1, 1]])
>>> m1*m2
traceback (most recent call last):
file "", line 1, in
file "/library/frameworks/python.framework/versions/3.5/lib/python3.5/site-packages/numpy/matrixlib/defmatrix.py", line 343, in __mul__
return n.dot(self, asmatrix(other))
valueerror: shapes (2,3) and (2,3) not aligned: 3 (dim 1) != 2 (dim 0)

這時候m1*m2會發生錯誤，m1,m2 都為2*3的矩陣，因此不能相乘。把m2轉置為3*2的矩陣：

>>> m2.t
matrix([[1, 2],
[1, 1],
[2, 1]])
>>> m1*m2.t
matrix([[9, 7],
[7, 8]])

如果想把矩陣m1和m2中的元素對應相乘，可以使用multiply函式:

>>> from numpy import multiply
>>> m1
matrix([[1, 2, 3],
[2, 3, 1]])
>>> m2
matrix([[1, 1, 2],
[2, 1, 1]])
>>> multiply(m1,m2)
matrix([[1, 2, 6],
[4, 3, 1]])

使用shape函式檢視矩陣的維數：

>>> m1.shape
(2, 3)

使用sort函式可以把矩陣中的每一行元素進行排序：

>>> m3=mat([[7,5,4],[9,8,7],[5,2,0]])
>>> m3
matrix([[7, 5, 4],
[9, 8, 7],
[5, 2, 0]])
>>> m3.sort()
>>> m3
matrix([[4, 5, 7],
[7, 8, 9],
[0, 2, 5]])

計算矩陣平均值：

>>> m3.mean()
5.2222222222222223

取出某一行元素：

>>> m3
matrix([[4, 5, 7],
[7, 8, 9],
[0, 2, 5]])
>>> m3[1,:]
matrix([[7, 8, 9]])
>>> m3[2,:]
matrix([[0, 2, 5]])

取指定範圍元素, 如取出矩陣m3中第三行中的第二列和第三列，也就算2和5：

>>> m3[2,1:3]
matrix([[2, 5]])

官方文件：numpy-1.10.1

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