Python中Numpy ndarray的使用

本文主講Python中Numpy數組的類型、全0全1數組的生成、隨機數組、數組操作、矩陣的簡單運算、矩陣的數學運算。

盡管可以用python中list嵌套來模擬矩陣，但使用Numpy庫更方便。

 

定義數組

>>> import numpy as np
>>> m = np.array([[1,2,3], [2,3,4]])       #定義矩陣，int64
>>> m
array([[1, 2, 3],
       [2, 3, 4]])
>>> m = np.array([[1,2,3], [2,3,4]], dtype=np.float)   #定義矩陣,float64
>>> m
array([[1., 2., 3.],
       [2., 3., 4.]])
>>> print(m.dtype)    #數據類型    
float64
>>> print(m.shape)    #形狀2行3列
(2, 3)
>>> print(m.ndim)     #維數
2
>>> print(m.size)     #元素個數
6
>>> print(type(m))
<class 'numpy.ndarray'>

還有一些特殊的方法可以定義矩陣

>>> m = np.zeros((2,2))          #全0
>>> m
array([[0., 0.],
       [0., 0.]])
>>> print(type(m))               #也是ndarray類型
<class 'numpy.ndarray'>
>>> m = np.ones((2,2,3))        #全1
>>> m = np.full((3,4), 7)       #全為7
>>> np.eye(3)                   #單位矩陣
array([[1., 0., 0.],
       [0., 1., 0.],
       [0., 0., 1.]])
>>> np.arange(20).reshape(4,5) #生成一個4行5列的數組
>>>
>>> np.random.random((2,3))       #[0,1)隨機數
array([[0.51123127, 0.40852721, 0.26159126],
       [0.42450279, 0.34763668, 0.06167501]])
>>> np.random.randint(1,10,(2,3))   #[1,10)隨機整數的2行3列數組
array([[5, 4, 9],
       [2, 5, 7]])
>>> np.random.randn(2,3)              #正態隨機分布
array([[-0.29538656, -0.50370707, -2.05627716],
       [-1.50126655,  0.41884067,  0.67306605]])
>>> np.random.choice([10,20,30], (2,3))     #隨機選擇
array([[10, 20, 10],
       [30, 10, 20]])
>>> np.random.beta(1,10,(2,3))              #貝塔分布
array([[0.01588963, 0.12635485, 0.22279098],
       [0.08950147, 0.02244569, 0.00953366]])

 

操作數組

>>> from numpy import *
>>> a1=array([1,1,1])    #定義一個數組
>>> a2=array([2,2,2])
>>> a1+a2                #對於元素相加
array([3, 3, 3])
>>> a1*2                 #乘一個數
array([2, 2, 2])

##
>>> a1=np.array([1,2,3])
>>> a1
array([1, 2, 3])
>>> a1**3              #表示對數組中的每個數做立方
array([ 1,  8, 27])

##取值，注意的是它是以0為開始坐標，不matlab不同
>>> a1[1]
2

##定義多維數組
>>> a3=np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
>>> a3
array([[1, 2, 3],
       [4, 5, 6]])
>>> a3[0]             #取出第一行的數據
array([1, 2, 3])
>>> a3[0,0]           #第一行第一個數據
1
>>> a3[0][0]          #也可用這種方式
1
>>> a3
array([[1, 2, 3],
       [4, 5, 6]])
>>> a3.sum(axis=0)     #按行相加，列不變
array([5, 7, 9])
>>> a3.sum(axis=1)     #按列相加，行不變
array([ 6, 15])

 

矩陣的數學運算

關於方陣

>>> m = np.array([[1,2,3], [2,2,3], [2,3,4]])   #定義一個方陣
>>> m
array([[1, 2, 3],
       [2, 2, 3],
       [2, 3, 4]])
>>> print(np.linalg.det(m))       #求行列式
1.0
>>> print(np.linalg.inv(m))       #求逆
[[-1.  1.  0.]
 [-2. -2.  3.]
 [ 2.  1. -2.]]
>>> print(np.linalg.eig(m))      #特征值  特征向量
(array([ 7.66898014+0.j        , -0.33449007+0.13605817j,
       -0.33449007-0.13605817j]), array([[-0.47474371+0.j        , -0.35654645+0.23768904j,
        -0.35654645-0.23768904j],
       [-0.53664812+0.j        ,  0.80607696+0.j        ,
         0.80607696-0.j        ],
[-0.6975867 +0.j        , -0.38956192-0.12190158j,
        -0.38956192+0.12190158j]]))
>>> y = np.array([1,2,3])
>>> print(np.linalg.solve(m, y))   #解方程組
[ 1.  3. -2.]

矩陣乘法

矩陣乘：按照線性代數的乘法

>>> a = np.array([[1,2,3], [2,3,4]])
>>> b = np.array([[1,2], [3,4], [5,6]])
>>> a
array([[1, 2, 3],
       [2, 3, 4]])
>>> b
array([[1, 2],
       [3, 4],
       [5, 6]])
>>> np.dot(a, b)      #方法一
array([[22, 28],
       [31, 40]])
>>> np.matmul(a,b)    #方法二
array([[22, 28],

注：一維數組之間運算時，dot()表示的是內積。

點乘：對應位置相乘

>>> a = np.array([[1,2],[3,4]])
>>> b = np.array([[1,1],[2,2]])
>>> a
array([[1, 2],
       [3, 4]])
>>> b
array([[1, 1],
       [2, 2]])
>>> a * b                   #方法一
array([[1, 2],
       [6, 8]])
>>> np.multiply(a, b)   #方法二
array([[1, 2],
       [6, 8]])

 

 

 

參考鏈接：

1、https://blog.csdn.net/chenhjie/article/details/73385353

2、https://blog.csdn.net/taoyanqi8932/article/details/52703686

3、https://blog.csdn.net/cqk0100/article/details/76221749

4、dot的使用 https://blog.csdn.net/u012149181/article/details/78913416