Python中的通函数numpy.ufunc详解

什么是ufunc?

ufunc是universal function的缩写，翻译过来是“通用函数”。它是一个能够对ndarray执行元素级别操作并产生新ndarray的函数。简而言之，它就是numpy提供的一组对于ndarray中元素进行逐元素操作的函数。

ufunc的功能和分类

ufunc的作用是对ndarray的元素执行函数操作。常见的ufunc有三种类型：

1. 一元ufunc：对ndarray的每个元素进行操作的函数，例如对ndarray中的每个元素开方或求余数。

2. 二元ufunc：对ndarray的两个对应的元素进行操作的函数，例如两个ndarray进行相加或者相乘。

3. 比较ufunc：对ndarray的两个元素进行比较，例如比较两个ndarray是否相等或者大小比较。

ufunc函数的通用参数

在介绍不同类型的ufunc之前，我们先了解一下ufunc的常见参数。

参数名称	参数类型	说明
x	ndarray或标量	输入的数据
out	ndarray, optional	输出数组，结果将被放在这个数组中。
where	bool数组, optional	True表示对应输出数组的位置计算，False表示对应输出数组的位置不计算。

一元ufunc

常见一元ufunc

常见的一元ufunc有很多，此处我们只介绍部分代表性的函数。它们的功能分别是：

函数	说明
abs	计算数组各元素的绝对值
sqrt	求各元素的平方根
exp	计算数组各元素的指数值
log	计算各元素的自然对数
log2	计算各元素的2为底的对数值
log10	计算各元素的10为底的对数值
sin	计算各元素的正弦值
cos	计算各元素的余弦值
tan	计算各元素的正切值

示例

我们来看一下如何使用一元ufunc。

import numpy as np

a = np.array([-1, 2, 3, -4, 5])

print("原数组：", a)

# 以abs函数为例
b = np.abs(a)
print("执行abs函数后的结果：", b)

输出结果如下：

原数组： [-1  2  3 -4  5]
执行abs函数后的结果： [1 2 3 4 5]

二元ufunc

常见二元ufunc

常见的二元ufunc有很多，此处我们只介绍部分代表性的函数。它们的功能分别是：

函数	说明
add	数组相加
subtract	数组相减
multiply	数组相乘
divide	数组相除
power	第一个数组的元素作为底数，第二个数组的元素作为指数求幂
maximum	求两个数组中对应元素的最大值
minimum	求两个数组中对应元素的最小值

示例

我们来看一下如何使用二元ufunc。

import numpy as np

a = np.array([1, 2, 3, 4])
b = np.array([9, 8, 7, 6])

print("第一个数组：", a)
print("第二个数组：", b)

# 以add函数为例
c = np.add(a, b)
print("执行add函数后的结果：", c)

输出结果如下：

第一个数组： [1 2 3 4]
第二个数组： [9 8 7 6]
执行add函数后的结果： [10 10 10 10]

比较ufunc

常见的比较ufunc有两个，分别是：

函数	说明
equal	判断两个数组中对应元素是否相等
not_equal	判断两个数组中对应元素是否不等

比较ufunc会返回一个bool类型的数组，数组中的每个元素代表着对应元素是否满足比较运算的条件。

示例

我们来看一下如何使用比较ufunc。

import numpy as np

a = np.array([1, 2, 3, 4])
b = np.array([3, 2, 3, 6])

print("第一个数组：", a)
print("第二个数组：", b)

# 以equal函数为例
c = np.equal(a, b)
print("执行equal函数后的结果：", c)

输出结果如下：

第一个数组： [1 2 3 4]
第二个数组： [3 2 3 6]
执行equal函数后的结果： [False  True  True False]

小结

• ufunc是numpy提供的一组能够对ndarray中元素执行逐元素操作并产生新ndarray的函数。
• ufunc分三种类型：一元ufunc、二元ufunc、比较ufunc。
• 常见的ufunc有很多，包含绝对值、平方根、指数值、正弦值、相加、相减、相乘、相除、求幂、取最大值和最小值、判断相等和不等等。
• ufunc的常见参数包括x、out和where参数。其中x表示输入的数组或标量，out表示输出的数组，where表示计算位置的bool数组。
• ufunc是numpy中非常常用的工具函数，对于对ndarray元素进行逐个操作的任务非常方便快捷。在实际编程中可以多加应用。