Python中的通函数numpy.ufunc详解

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。
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