logo

NumPy en Python | Set 2 (avançat)

NumPy en Python | Set 1 (Introducció) Aquest article tracta alguns mètodes més i una mica avançats disponibles a NumPy.
    Apilament:Es poden apilar diverses matrius al llarg de diferents eixos.
      np.vstack:Per apilar matrius al llarg de l'eix vertical. np.hstack:Per apilar matrius al llarg de l'eix horitzontal. np.column_stack:Per apilar matrius 1-D com a columnes en matrius 2-D. np.concatenar:Per apilar matrius al llarg de l'eix especificat (l'eix es passa com a argument).
    Python
    import numpy as np a = np.array([[1 2] [3 4]]) b = np.array([[5 6] [7 8]]) # vertical stacking print('Vertical stacking:n' np.vstack((a b))) # horizontal stacking print('nHorizontal stacking:n' np.hstack((a b))) c = [5 6] # stacking columns print('nColumn stacking:n' np.column_stack((a c))) # concatenation method  print('nConcatenating to 2nd axis:n' np.concatenate((a b) 1)) 
    Output:
    Vertical stacking: [[1 2] [3 4] [5 6] [7 8]] Horizontal stacking: [[1 2 5 6] [3 4 7 8]] Column stacking: [[1 2 5] [3 4 6]] Concatenating to 2nd axis: [[1 2 5 6] [3 4 7 8]]
    Divisió:Per dividir tenim aquestes funcions:
      np.hsplit:Dividir la matriu al llarg de l'eix horitzontal. np.vsplit:Dividir la matriu al llarg de l'eix vertical. np.array_split:Dividiu la matriu al llarg de l'eix especificat.
    Python
    import numpy as np a = np.array([[1 3 5 7 9 11] [2 4 6 8 10 12]]) # horizontal splitting print('Splitting along horizontal axis into 2 parts:n' np.hsplit(a 2)) # vertical splitting print('nSplitting along vertical axis into 2 parts:n' np.vsplit(a 2)) 
    Output:
    Splitting along horizontal axis into 2 parts: [array([[1 3 5] [2 4 6]]) array([[ 7 9 11] [ 8 10 12]])] Splitting along vertical axis into 2 parts: [array([[ 1 3 5 7 9 11]]) array([[ 2 4 6 8 10 12]])]
    Transmissió:El terme broadcasting descriu com NumPy tracta les matrius amb diferents formes durant les operacions aritmètiques. Subjecte a certes restriccions, la matriu més petita s'"emet" a través de la matriu més gran perquè tinguin formes compatibles. La difusió proporciona un mitjà per vectoritzar les operacions de matriu de manera que es produeixi un bucle en C en lloc de Python. Ho fa sense fer còpies innecessàries de dades i normalment condueix a implementacions eficients d'algorismes. També hi ha casos en què la difusió és una mala idea perquè comporta un ús ineficient de la memòria que alenteix la computació. Les operacions NumPy es fan generalment element per element, cosa que requereix que dues matrius tinguin exactament la mateixa forma. La regla de difusió de Numpy relaxa aquesta restricció quan les formes de les matrius compleixen determinades restriccions. La regla de radiodifusió: Per transmetre, la mida dels eixos posteriors per a ambdues matrius en una operació ha de ser de la mateixa mida o un d'ells ha de ser un . Let us see some examples:
    A(2-D array): 4 x 3 B(1-D array): 3 Result : 4 x 3 
    A(4-D array): 7 x 1 x 6 x 1 B(3-D array): 3 x 1 x 5 Result : 7 x 3 x 6 x 5 
    But this would be a mismatch:
    A: 4 x 3 B: 4 
    The simplest broadcasting example occurs when an array and a scalar value are combined in an operation. Consider the example given below: Python
    import numpy as np a = np.array([1.0 2.0 3.0]) # Example 1 b = 2.0 print(a * b) # Example 2 c = [2.0 2.0 2.0] print(a * c) 
    Output:
    [ 2. 4. 6.] [ 2. 4. 6.]
    We can think of the scalar b being stretched during the arithmetic operation into an array with the same shape as a. The new elements in b as shown in above figure are simply copies of the original scalar. Although the stretching analogy is only conceptual. Numpy is smart enough to use the original scalar value without actually making copies so that broadcasting operations are as memory and computationally efficient as possible. Because Example 1 moves less memory (b is a scalar not an array) around during the multiplication it is about 10% faster than Example 2 using the standard numpy on Windows 2000 with one million element arrays! The figure below makes the concept more clear: NumPy en Python | Set 2 (avançat) In above example the scalar b is stretched to become an array of with the same shape as a so the shapes are compatible for element-by-element multiplication. Now let us see an example where both arrays get stretched. Python
    import numpy as np a = np.array([0.0 10.0 20.0 30.0]) b = np.array([0.0 1.0 2.0]) print(a[: np.newaxis] + b) 
    Output:
    [[ 0. 1. 2.] [ 10. 11. 12.] [ 20. 21. 22.] [ 30. 31. 32.]] 
    NumPy en Python | Set 2 (avançat)' hight='350' title=En alguns casos, la difusió estira ambdues matrius per formar una matriu de sortida més gran que qualsevol de les matrius inicials. Treballant amb datetime: Numpy has core array data types which natively support datetime functionality. The data type is called datetime64 so named because datetime is already taken by the datetime library included in Python. Consider the example below for some examples: Python
    import numpy as np # creating a date today = np.datetime64('2017-02-12') print('Date is:' today) print('Year is:' np.datetime64(today 'Y')) # creating array of dates in a month dates = np.arange('2017-02' '2017-03' dtype='datetime64[D]') print('nDates of February 2017:n' dates) print('Today is February:' today in dates) # arithmetic operation on dates dur = np.datetime64('2017-05-22') - np.datetime64('2016-05-22') print('nNo. of days:' dur) print('No. of weeks:' np.timedelta64(dur 'W')) # sorting dates a = np.array(['2017-02-12' '2016-10-13' '2019-05-22'] dtype='datetime64') print('nDates in sorted order:' np.sort(a)) 
    Output:
    Date is: 2017-02-12 Year is: 2017 Dates of February 2017: ['2017-02-01' '2017-02-02' '2017-02-03' '2017-02-04' '2017-02-05' '2017-02-06' '2017-02-07' '2017-02-08' '2017-02-09' '2017-02-10' '2017-02-11' '2017-02-12' '2017-02-13' '2017-02-14' '2017-02-15' '2017-02-16' '2017-02-17' '2017-02-18' '2017-02-19' '2017-02-20' '2017-02-21' '2017-02-22' '2017-02-23' '2017-02-24' '2017-02-25' '2017-02-26' '2017-02-27' '2017-02-28'] Today is February: True No. of days: 365 days No. of weeks: 52 weeks Dates in sorted order: ['2016-10-13' '2017-02-12' '2019-05-22']
    Àlgebra lineal en NumPy:El mòdul d'àlgebra lineal de NumPy ofereix diversos mètodes per aplicar àlgebra lineal a qualsevol matriu numpy. Podeu trobar:
    • traça determinant de rang, etc. d'una matriu.
    • els propis valors o matrius
    • matriu i productes vectorials (punt interior exterior, etc. producte) exponenciació de matrius
    • resoldre equacions lineals o tensorials i molt més!
    Consider the example below which explains how we can use NumPy to do some matrix operations. Python
    import numpy as np A = np.array([[6 1 1] [4 -2 5] [2 8 7]]) print('Rank of A:' np.linalg.matrix_rank(A)) print('nTrace of A:' np.trace(A)) print('nDeterminant of A:' np.linalg.det(A)) print('nInverse of A:n' np.linalg.inv(A)) print('nMatrix A raised to power 3:n' np.linalg.matrix_power(A 3)) 
    Output:
    Rank of A: 3 Trace of A: 11 Determinant of A: -306.0 Inverse of A: [[ 0.17647059 -0.00326797 -0.02287582] [ 0.05882353 -0.13071895 0.08496732] [-0.11764706 0.1503268 0.05228758]] Matrix A raised to power 3: [[336 162 228] [406 162 469] [698 702 905]]
    Let us assume that we want to solve this linear equation set:
    x + 2*y = 8 3*x + 4*y = 18 
    This problem can be solved using linalg.solver method as shown in example below: Python
    import numpy as np # coefficients a = np.array([[1 2] [3 4]]) # constants b = np.array([8 18]) print('Solution of linear equations:' np.linalg.solve(a b)) 
    Output:
    Solution of linear equations: [ 2. 3.]
    Finally we see an example which shows how one can perform linear regression using least squares method. A linear regression line is of the form w1 x + w 2 = y i és la recta que minimitza la suma dels quadrats de la distància de cada punt de dades a la recta. Per tant, donats n parells de dades (xi yi), els paràmetres que busquem són w1 i w2 que minimitzen l'error: NumPy en Python | Set 2 (avançat)' title= Let us have a look at the example below: Python
    import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # x co-ordinates x = np.arange(0 9) A = np.array([x np.ones(9)]) # linearly generated sequence y = [19 20 20.5 21.5 22 23 23 25.5 24] # obtaining the parameters of regression line w = np.linalg.lstsq(A.T y)[0] # plotting the line line = w[0]*x + w[1] # regression line plt.plot(x line 'r-') plt.plot(x y 'o') plt.show() 
    Output: ' title=
Així que això porta a la conclusió d'aquesta sèrie de tutorials de NumPy. NumPy és una biblioteca de propòsit general àmpliament utilitzada que és el nucli de moltes altres biblioteques de computació com scipy scikit-learn tensorflow matplotlib opencv, etc. Tenir una comprensió bàsica de NumPy ajuda a tractar amb altres biblioteques de nivell superior de manera eficient! Referències: Crea un qüestionari