【Python】numpy:数组计算(算术运算、两数组之间计算、函数)

Numpy是Python的扩展库(第三方库),支持维度数组和矩阵运算,是运算速度很快的数学库。

Numpy官方文档:NumPy user guide --- NumPy v2.0 Manual

帮助:可使用help(...)查看函数说明文档(若是第三方库的函数,需先导入库)。例如:help(np.array)


Python代码中,导入numpy:

复制代码
import numpy as np

算术运算:

一个数组与一个数字可以进行加/减/乘/除/取余/幂等算术运算,这个数组的所有元素都将与这个数字进行计算。可理解为将这个数字拉伸变得和数组形状相同的数组,再按对应位置进行计算。


两数组之间进行计算:

  • 形状相同的两数组,按对应位置进行计算。

形状不同的两数组进行计算:

  • 不同维度。但相同的各维度比较,要么在该维度两数组相同,要么其中一个数组在该维度是1。
  • 相同维度。各维度比较,要么在该维度两数组相同,要么其中一个数组在该维度是1。
  • 否则,报错:ValueError: operands could not be broadcast together with shapes...

补充:

数组与一个数字进行算术运算,与另一个不同形状的数组(但各维度比较时相同或其中一个数组在该维度为1)进行计算,称为广播。

广播(Broadcasting)官方文档:

https://numpy.org/doc/stable/user/basics.broadcasting.html


计算函数:

|----------------|---------------|-----------------|
| np.max(数组) | 最大值 | 返回:数字 |
| np.argmax(数组) | 最大值所在的下标(索引号) | 返回:数字 |
| np.min(数组) | 最小值 | 返回:数字 |
| np.argmin(数组) | 最小值所在的下标(索引号) | 返回:数字 |
| np.sum(数组) | 数组中所有元素相加 | 返回:数字 |
| np.cumsum(数组) | 从索引号0开始计算累计和 | 返回:一维数组(元素数量不变) |
| np.mean(数组) | 平均数 | 返回:数字 |
| np.median(数组) | 中位数 | 返回:数字 |
| np.average(数组) | 加权平均 | 返回:数字 |
[常用计算函数]

注:以上函数均可使用参数axis指定轴,结果返回数组。以上函数都等效于:数组**.**函数(...)。

  • np**.**square(数组):数组中所有元素都求平方。返回:数组。

条件判断函数:

条件判断函数可以用于判断数组中的元素。

  • np**.**any(条件):数组中元素有一个满足条件,就返回True,否则返回False。
  • np**.**all(条件):数组中所有元素都满足条件,就返回True,否则返回False。
  • np**.**where(条件, x, y):数组中元素若满足条件,则值为x,否则值为y。返回:数组。

类似三目运算(条件 ? x **:**y)。


两数组之间的计算函数:

  • np**.** maximum(数组1, 数组2):依次比较两数组中元素(包括np**.** nan),获取较大值。返回:数组。类似于:np**.**where(x>=y,x,y)
  • np**.** minimum(数组1, 数组2):依次比较两数组中元素(包括np**.**nan),获取较小值。返回:数组。

  • np**.** fmax(数组1, 数组2):依次比较两数组中元素(忽略np**.** nan),获取较大值。返回:数组。类似于:np**.**where(x>=y,x,y)
  • np**.** fmin(数组1, 数组2):依次比较两数组中元素(忽略np**.**nan),获取较小值。返回:数组。

补充:

Numpy库主要数据类型是ndarray。

ndarray相关官方文档:https://numpy.org/doc/stable/reference/arrays.ndarray.html

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