Python的一种开源的科学计算库
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NumPy(Numerical Python)是Python的一种开源的数值计算扩展。这种工具可用来存储和处理大型矩阵,比Python自身的嵌套列表(nested list structure)结构要高效的多(该结构也可以用来表示矩阵(matrix)),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 [1]
外文名
NumPy
NumPython
含    义
Python的一种开源的科学计算库
内    容
提供和处理N维数组对象Array
用    途
科学计算,数据分析

Numpy介绍

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一个用python实现的科学计算,包括:1、一个强大的N维数组对象Array;2、朵记匪精户比较成熟的(广播)函数库;3、用祝催篮于整合C/C++Fortran代码的工具包;4、实用芝肯备府恋全束的线性代数您蒸、傅里叶变换随机数生成函数。numpy和稀疏矩阵运算包scipy配合使用更加方便。
NumPy(Numeric Python)提供了许多高级的数值编程工具,如:矩阵数据类型、矢量处理,以及精密的运算库。专为进行严格的数字处理而产生。多为很多大型金融公司使用,以及核心的科学计算组织如:Lawrence Livermore,NASA用其处理一些本来使用C++,Fortran或Matlab等所做的任务。
NumPy 的前身为 Numeric ,最早轿坑迁由 Jim H台腊ugunin 与其它协作者共同开发,2005 年,Travis Oliphant 在 Numeric 中结合了另一个同性质的程序库 Numarray 的特色,并加入了其它扩展而开发了 NumPy。NumPy 为开放源代码并且由许多协作者共同维护开发。 [1]

数据类型ndarray

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NumPy provides an N-dimensional array type, the ndarray, which describes a collection of “items” of the same type.
NumPy提供了一个N维数组类型ndarray,它描述了相同类型的“items”的集合。
numpy
ndarray到底跟原生python列表的区别:
从图中我们可以看出ndarray在存储数据的时候,数据与数据的地址都是连续的,这样就给使得批量操作数组元素时速度更快。
这是因为ndarray中的所有元素的类型都是相同的,而Python列表中的元素类型是任意的,所以ndarray在存储元素时内存可以连续,而python原生list就只能通过寻址方式找到下一个元素,这虽然也导致了在通用性能方面Numpy的ndarray不及Python原生list,但在科学计算中,Numpy的ndarray就可以省掉很多循环语句,代码使用方面比Python原生list简单的多。
numpy内置了并行运算功能,当系统有多个核心时,做某种计算时,numpy会自动做并行计算
Numpy底层使用C语言编写,数组中直接存储对象,而不是存储对象指针,所以其运算效率远高于纯Python代码。

ndarray的属性

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ndarray的属性
生成数组的方法:
empty(shape[, dtype, order])
empty_like(a[, dtype, order, subok])
eye(N[, M, k, dtype, order])
identity(n[, dtype])
ones(shape[, dtype, order])
ones_like(a[, dtype, order, subok])
zeros(shape[, dtype, order])
zeros_like(a[, dtype, order, subok])
full(shape, fill_value[, dtype, order])
full_like(a, fill_value[, dtype, order, subok])

NumPy 数据类型

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numpy 支持的数据类型Python 内置的类型要多很多,基本上可以和 C 语言的数据类型对应上,其中部分类型对应为 Python 内置的类型。下表列举了常用 NumPy 基本类型。 [2]
名称
描述
bool_
布尔型数据类型(True 或者 False)
int_
默认的整数类型(类似于 C 语言中的 long,int32 或 int64)
intc
与 C 的 int 类型一样,一般是 int32 或 int 64
intp
用于索引的整数类型(类似于 C 的 ssize_t,一般情况下仍然是 int32 或 int64)
int8
字节(-128 to 127)
int16
整数(-32768 to 32767)
int32
整数(-2147483648 to 2147483647)
int64
整数(-9223372036854775808 to 9223372036854775807)
uint8
无符号整数(0 to 255)
uint16
无符号整数(0 to 65535)
uint32
无符号整数(0 to 4294967295)
uint64
无符号整数(0 to 18446744073709551615)
float_
float64 类型的简写
float16
半精度浮点数,包括:1 个符号位,5 个指数位,10 个尾数位
float32
单精度浮点数,包括:1 个符号位,8 个指数位,23 个尾数位
float64
双精度浮点数,包括:1 个符号位,11 个指数位,52 个尾数位
complex_
complex128 类型的简写,即 128 位复数
complex64
复数,表示双 32 位浮点数(实数部分和虚数部分)
complex128
复数,表示双 64 位浮点数(实数部分和虚数部分)
numpy 的数值类型实际上是 dtype 对象的实例,并对应唯一的字符,包括 np.bool_,np.int32,np.float32,等等。

NumPy 数组属性

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NumPy 数组的维数称为秩(rank),秩就是轴的数量,即数组的维度,一维数组的秩为 1,二维数组的秩为 2,以此类推。
在 NumPy中,每一个线性的数组称为是一个轴(axis),也就是维度(dimensions)。比如说,二维数组相当于是两个一维数组,其中第一个一维数组中每个元素又是一个一维数组。所以一维数组就是 NumPy 中的轴(axis),第一个轴相当于是底层数组,第二个轴是底层数组里的数组。而轴的数量——秩,就是数组的维数。 [3]
很多时候可以声明 axis。axis=0,表示沿着第 0 轴进行操作,即对每一列进行操作;axis=1,表示沿着第1轴进行操作,即对每一行进行操作。
NumPy 的数组中比较重要 ndarray 对象属性有:
属性
说明
ndarray.ndim
秩,即轴的数量或维度的数量
ndarray.shape
数组的维度,对于矩阵,n 行 m 列
ndarray.size
数组元素的总个数,相当于 .shape 中 n*m 的值
ndarray.dtype
ndarray 对象的元素类型
ndarray.itemsize
ndarray 对象中每个元素的大小,以字节为单位
ndarray.flags
ndarray 对象的内存信息
ndarray.real
ndarray元素的实部
ndarray.imag
ndarray 元素的虚部
ndarray.data
包含实际数组元素的缓冲区,由于一般通过数组的索引获取元素,所以通常不需要使用这个属性。