NumPy in Python | Gruppo 2 (Avanzato)

NumPy in Python | Gruppo 2 (Avanzato)
NumPy in Python | Set 1 (Introduzione) Questo articolo discute alcuni metodi più avanzati disponibili in NumPy.
    Impilamento: Diversi array possono essere impilati insieme lungo assi diversi.
      np.vstack: Per impilare gli array lungo l'asse verticale. np.hstack: Per impilare gli array lungo l'asse orizzontale. np.column_stack: Per impilare matrici 1D come colonne in matrici 2D. np.concatenate: Per impilare gli array lungo l'asse specificato (l'asse viene passato come argomento).
    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]] 
    Divisione: Per la suddivisione abbiamo queste funzioni:
      np.hsplit: Array diviso lungo l'asse orizzontale. np.vsplit: Array diviso lungo l'asse verticale. np.array_split: Dividi l'array lungo l'asse specificato.
    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]])] 
    Trasmissione: Il termine broadcasting descrive il modo in cui NumPy tratta gli array con forme diverse durante le operazioni aritmetiche. Soggetto a determinati vincoli, l'array più piccolo viene "trasmesso" su quello più grande in modo che abbiano forme compatibili. Il broadcasting fornisce un mezzo per vettorizzare le operazioni degli array in modo che il loop avvenga in C invece che in Python. Lo fa senza fare copie inutili dei dati e di solito porta a implementazioni efficienti di algoritmi. Ci sono anche casi in cui la trasmissione è una cattiva idea perché porta a un uso inefficiente della memoria che rallenta il calcolo. Le operazioni NumPy vengono solitamente eseguite elemento per elemento, il che richiede che due array abbiano esattamente la stessa forma. La regola di trasmissione di Numpy allenta questo vincolo quando le forme degli array soddisfano determinati vincoli. La regola della radiodiffusione: Per trasmettere in broadcast la dimensione degli assi finali per entrambi gli array in un'operazione deve essere la stessa dimensione oppure uno di essi deve essere uno . 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 in Python | Gruppo 2 (Avanzato) 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 in Python | Gruppo 2 (Avanzato)In alcuni casi la trasmissione estende entrambi gli array per formare un array di output più grande di uno degli array iniziali. Lavorare con data e ora: 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'] 
    Algebra lineare in NumPy: Il modulo Algebra lineare di NumPy offre vari metodi per applicare l'algebra lineare su qualsiasi array NumPy. Puoi trovare:
    • traccia determinante del rango ecc. di un array.
    • propri valori o matrici
    • matrice e prodotti vettoriali (punto interno esternoeccetera prodotto) esponenziazione della matrice
    • risolvere equazioni lineari o tensoriali e molto altro ancora!
    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.solve   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 ed è la linea che minimizza la somma dei quadrati della distanza da ciascun punto dati alla linea. Quindi date n coppie di dati (xi yi) i parametri che stiamo cercando sono w1 e w2 che minimizzano l'errore: NumPy in Python | Gruppo 2 (Avanzato) 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:
Quindi questo porta alla conclusione di questa serie di tutorial su NumPy. NumPy è una libreria per scopi generali ampiamente utilizzata che è al centro di molte altre librerie di calcolo come scipy scikit-learn tensorflow matplotlib opencv ecc. Avere una conoscenza di base di NumPy aiuta a gestire in modo efficiente altre librerie di livello superiore! Riferimenti: Crea quiz