NumPy Pythonban | 2. készlet (haladó)

NumPy Pythonban | 2. készlet (haladó)
NumPy Pythonban | 1. készlet (Bevezetés) Ez a cikk a NumPy-ban elérhető néhány további és kissé fejlettebb módszert tárgyalja.
    Halmozás: Több tömb egymásra rakható különböző tengelyek mentén.
      np.vstack: Tömbök egymásra halmozása függőleges tengely mentén. np.hstack: Tömbök egymásra halmozása vízszintes tengely mentén. np.column_stack: Egydimenziós tömbök oszlopként 2D tömbökbe halmozása. np.concatenate: Tömbök halmozása meghatározott tengely mentén (a tengely argumentumként kerül átadásra).
    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  (  '  n  Horizontal stacking:  n  '     np  .  hstack  ((  a     b  )))   c   =   [  5     6  ]   # stacking columns   print  (  '  n  Column stacking:  n  '     np  .  column_stack  ((  a     c  )))   # concatenation method    print  (  '  n  Concatenating 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]] 
    Hasítás: A felosztáshoz a következő függvényeink vannak:
      np.hsplit: Tömb felosztása vízszintes tengely mentén. np.vsplit: Tömb felosztása függőleges tengely mentén. np.array_split: Tömb felosztása a megadott tengely mentén.
    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  (  '  n  Splitting 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]])] 
    Adás: A broadcast kifejezés leírja, hogy a NumPy hogyan kezeli a különböző alakú tömböket az aritmetikai műveletek során. Bizonyos megszorítások függvényében a kisebb tömb a nagyobb tömbön keresztül „sugározható”, hogy kompatibilis alakjaik legyenek. A Broadcasting lehetőséget biztosít a tömbműveletek vektorizálására, így a hurok a Python helyett C nyelven történik. Ezt anélkül teszi, hogy szükségtelen másolatokat készítene az adatokról, és általában hatékony algoritmus-megvalósításhoz vezet. Vannak olyan esetek is, amikor a műsorszórás rossz ötlet, mert nem hatékony memóriahasználathoz vezet, ami lassítja a számítást. A NumPy műveleteket általában elemenként hajtják végre, amihez két tömbnek pontosan azonos alakúra van szüksége. A Numpy szórási szabálya enyhíti ezt a megszorítást, ha a tömbök alakja megfelel bizonyos megszorításoknak. A műsorszórási szabály: Ahhoz, hogy egy műveletben mindkét tömb lefutó tengelyének méretét azonos méretűnek kell lennie, vagy az egyiknek egy . 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 Pythonban | 2. készlet (haladó) 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 Pythonban | 2. készlet (haladó)Egyes esetekben a műsorszórás mindkét tömböt kiterjeszti, így a kezdeti tömbök bármelyikénél nagyobb kimeneti tömböt képez. Dátum és idő használata: 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  (  '  n  Dates 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  (  '  n  No. 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  (  '  n  Dates 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'] 
    Lineáris algebra NumPy-ban: A NumPy Lineáris algebra modulja különféle módszereket kínál a lineáris algebra alkalmazására bármely numpy tömbön. Megtalálható:
    • egy tömb ranghatározó nyomkövetése stb.
    • saját értékek vagy mátrixok
    • mátrix és vektorszorzat (pont belső külső stb. szorzat) mátrix hatványozás
    • oldjon meg lineáris vagy tenzoregyenleteket és még sok mást!
    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  (  '  n  Trace of A:'     np  .  trace  (  A  ))   print  (  '  n  Determinant of A:'     np  .  linalg  .  det  (  A  ))   print  (  '  n  Inverse of A:  n  '     np  .  linalg  .  inv  (  A  ))   print  (  '  n  Matrix 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.old   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, és ez az egyenes, amely minimalizálja az egyes adatpontok és az egyenes közötti távolság négyzeteinek összegét. Tehát adott n adatpár (xi yi) a keresett paraméterek w1 és w2, amelyek minimalizálják a hibát: NumPy Pythonban | 2. készlet (haladó) 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:
Tehát ez elvezet a NumPy oktatóanyag sorozatának a végéhez. A NumPy egy széles körben használt általános célú könyvtár, amely sok más számítási könyvtár magját képezi, mint például a scipy scikit-learn tensorflow matplotlib opencv stb. A NumPy alapvető ismerete segít más magasabb szintű könyvtárak hatékony kezelésében! Referenciák: Kvíz létrehozása