Python中NumPy基础学习及进行数组和矢量计算

NumPy是Python中用于科学计算的一个重要的库，它提供了高效的多维数组ndarray和许多用于数组和矢量计算的函数。本文将详细讲解NumPy的基础知识和使用方法，并提供两个示例。

NumPy的安装

在使用NumPy之前，需要先安装NumPy库。可以使用pip命令进行安装：

pip numpy

NumPy的基础知识

创建ndarray

在NumPy中，可以使用多种方式创建ndarray。下面是一些常用的方法：

使用array()函数创建ndarray

import numpy as np

# 创建一维数组
a = np.array([1, 2, 3])
print(a)

# 创建二维数组
b = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print(b)

使用arange()函数创建ndarray

import numpy as np

# 创建一维数组
a = np.arange(10)
print(a)

# 创建二维数组
b = np.arange(12).reshape(3, 4)
print(b)

使用zeros()函数创建ndarray

```pythonimport numpy as np

创建一维数组

a = np.zeros(5)
print(a)

创建二维数组

b = np.zeros((2, 3))
print(b)


- 使用ones()函数创建ndarray

```python
import numpy as np

# 创建一维数组
a = np.ones(5)
print(a)

# 创建二维数组
b = np.ones((2, 3))
print(b)

访问ndarray元素

在NumPy中，可以使用下标访问ndarray中的元素。下标从0开始，可以是整数或切片。下面是一个示：

import numpy as np

# 创建二维数组
a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# 访问元素
print(a[0, 0])  # 输出1
print(a[, 2])  # 输出6

# 切片访问
print(a[:, 1])  # 输出[2, 5]

修改ndarray

NumPy中，可以使用下标修改ndarray中的元素。下面是一个示例：

import numpy as np

# 创建一维数组
a = np.array([1, 2, 3])

# 修改元素
[0] = 4
print(a)  # 输出[4, 2, 3]

# 创建二维数组
b = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# 修改元素
b[0, 0] = 7
print(b)  # 输出[[7, 2, 3], [4, 5, 6]]

ndarray的属性在NumPy中，ndarray具有许多有用的属性。下面是一些常用属性：

shape：返回ndarray的形状，即每个维度的大小。

import numpy as np

# 创建二维数组
a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

 输出形状
print(a.shape)  # 输出(2, 3)

dtype：返回ndarray中元素的数据类型。

import numpy as np

# 创建一维数组
a = np.array([1, 2, 3])

# 输出数据类型
print(a.dtype)  # 输出int64

size：返回nd中元素的总数。

import numpy as np

# 创建二维数组
a = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# 输出元素总数
print(a.size)  # 输出6

数组和矢量计算

NumPy提供了许多用于数组和矢量计算的函数，包括数学函数、统计函数、线性代数函数等。下面是一些常用的函数：

数学函数

import numpy as np

# 计算平方根
a = np.sqrt(4)
print(a)  # 输出2.0

# 计指数函数
b = np.exp(1)
print(b)  # 输出2.718281828459045

统计函数

import numpy as np

# 计算平均值
a = np.mean([1, 2, 3])
print(a)  # 输出2.0

# 计算标准差
b = np.std([1, 2, 3])
print(b)  # 输出0.816496580927726

线性代数函数

import numpy as np

# 计算矩阵乘积
a = np.array([[1, 2], [3, 4b = np.array([[5, 6], [7, 8]])
c = np.dot(a, b)
print(c)  # 输出[[19, 22], [43, 50]]

示例一：使用NumPy进行数组计算

import numpy as np

# 创建数组
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])

# 计算数组和
c = a + b
print(c)  # 输出[5, 7, 9]

# 计算数组差
d = a - b
print(d)  # 输出[-3, -3, -3]

# 计算数组积
e = a * b
print(e)  # 输出[4, 10, 18]

# 计算数组商
f = a / b
print(f)  # 输出[0.25, 0.4, 0.5]

在上面的示例中，我们使用NumPy进行了数组的加、减、乘、除运算。

示例二使用NumPy进行矢量计算

import numpy as np

# 创建矢量
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])

# 计算点积
c = np.dot(a, b)
print(c)  # 输出32

# 计算叉积
d = np.cross(a, b)
print(d)  # 输出[-3, 6, -3]

在上面的示例中，我们使用NumPy进行了矢量的点积和叉积运算。