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  • Numpy 学习(一)

    1.Numpy 中Matrices和arrays的区分

    Numpy matrices必须是2维的,但是 numpy arrays (ndarrays) 可以是多维的(1D,2D,3D····ND). Matrix是Array的一个小的分支,包含于Array。所以matrix 拥有array的所有特性。

    在numpy中matrix的主要优势是:相对简单的乘法运算符号。例如,a和b是两个matrices,那么a*b,就是矩阵积。

    import numpy as np
    
    a=np.mat('4 3; 2 1')
    b=np.mat('1 2; 3 4')
    print(a)
    # [[4 3]
    #  [2 1]]
    print(b)
    # [[1 2]
    #  [3 4]]
    print(a*b)
    # [[13 20]
    #  [ 5  8]]

     matrix 和 array 都可以通过objects后面加.T 得到其转置。但是 matrix objects 还可以在后面加 .H f得到共轭矩阵, 加 .I 得到逆矩阵。

    相反的是在numpy里面arrays遵从逐个元素的运算,所以array:c 和d的c*d运算相当于matlab里面的c.*d运算。

    c=np.array([[4, 3], [2, 1]])
    d=np.array([[1, 2], [3, 4]])
    print(c*d)
    # [[4 6]
    #  [6 4]]

    而矩阵相乘,则需要numpy里面的dot命令 :

    print(np.dot(c,d))
    # [[13 20]
    #  [ 5  8]]

     ** 运算符的作用也不一样 :

    print(a**2)
    # [[22 15]
    #  [10  7]]
    print(c**2)
    # [[16  9]
    #  [ 4  1]]

    因为a是个matrix,所以a**2返回的是a*a,相当于矩阵相乘。而c是array,c**2相当于,c中的元素逐个求平方。

    问题就出来了,如果一个程序里面既有matrix 又有array,会让人脑袋大。但是如果只用array,你不仅可以实现matrix所有的功能,还减少了编程和阅读的麻烦。

    当然你可以通过下面的两条命令轻松的实现两者之间的转换:np.asmatrixnp.asarray

    对我来说,numpy 中的array与numpy中的matrix,matlab中的matrix的最大的不同是,在做归约运算时,array的维数会发生变化,但matrix总是保持为2维。例如下面求平均值的运算

    >>> m = np.mat([[1,2],[2,3]])
    >>> m
    matrix([[1, 2],
            [2, 3]])
    >>> mm = m.mean(1)
    >>> mm
    matrix([[ 1.5],
            [ 2.5]])
    >>> mm.shape
    (2, 1)
    >>> m - mm
    matrix([[-0.5,  0.5],
            [-0.5,  0.5]])

    对array 来说

    >>> a = np.array([[1,2],[2,3]])
    >>> a
    array([[1, 2],
           [2, 3]])
    >>> am = a.mean(1)
    >>> am.shape
    (2,)
    >>> am
    array([ 1.5,  2.5])
    >>> a - am #wrong
    array([[-0.5, -0.5],
           [ 0.5,  0.5]])
    >>> a - am[:, np.newaxis]  #right
    array([[-0.5,  0.5],
           [-0.5,  0.5]])

    2.Numpy 求解线性方程组

    例如我们要解一个这样的二元一次方程组:

    x + 2y = 3
    4x + 5y = 6
    

    当然我们可以手动写出解析解,然后写一个函数来求解,这实际上只是用 Python 来单纯做“数值计算”. 但实际上,numpy.linalg.solve 可以直接求解线性方程组.

    一般地,我们设解线性方程组形如 Ax=b,其中 A 是系数矩阵,b 是一维(n 维也可以,这个下面会提到),x 是未知变量. 再拿上面地最简单的二元一次方程组为例,我们用 numpy.linalg.solve 可以这样写:

    In [1]: import numpy as np
       ...: A = np.mat('1,2; 4,5')    # 构造系数矩阵 A
       ...: b = np.mat('3,6').T       # 构造转置矩阵 b (这里必须为列向量)
       ...: r = np.linalg.solve(A,b)  # 调用 solve 函数求解
       ...: print r
       ...:
    Out[1]: [[-1.]
             [ 2.]]
    

    那么前面提到的“ n 维”情形是什么呢?实际上就是同时求解多组形式相同的二元一次方程组,例如我们想同时求解这样两组:

    x + 2y = 3
    4x + 5y = 6
    

    x + 2y = 7
    4x + 5y = 8
    

    就可以这样写:

    In [2]: import numpy as np
       ...: A = np.mat('1,2; 4,5')          # 构造系数矩阵 A
       ...: b = np.array([[3,6], [7,8]]).T  # 构造转置矩阵 b (这里必须为列向量),
       ...: 注意这里用的是 array
       ...: r = np.linalg.solve(A,b)        # 调用 solve 函数求解
       ...: print r
       ...:
    Out[2]: [[-1.         -6.33333333]
             [ 2.          6.66666667]]

     eig(x) 用来求解矩阵x的特征值和特征向量

     矩阵的转置以及求解Ax=Y的解

     3.高斯分布(Gaussian Distribution)的概率密度函数(probability density function):

    对应于numpy中:

    numpy.random.normal(loc=0.0, scale=1.0, size=None)

    参数的意义为:

    loc:float
        此概率分布的均值(对应着整个分布的中心centre)
    scale:float
        此概率分布的标准差(对应于分布的宽度,scale越大越矮胖,scale越小,越瘦高)
    size:int or tuple of ints
        输出的shape,默认为None,只输出一个值

    我们更经常会用到的np.random.randn(size)所谓标准正态分布(μ=0,σ=1μ=0,σ=1),对应于np.random.normal(loc=0, scale=1, size)

    4.numpy.diag()返回一个矩阵的对角线元素,或者创建一个对角阵( diagonal array.)

    diag(,k=n),对角线元素移多少个元素,下移为负

     


    5.X::Y的自己理解


     

    6.如何找到两个数组中的共同元素? 

    使用 np.intersect1d(z1,z2)函数就可以了。

    7.在二维数组中随机放入p个元素

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