NumPy ב-Python | סט 2 (מתקדם)

NumPy ב-Python | סט 2 (מתקדם)
NumPy ב-Python | סט 1 (מבוא) מאמר זה דן בכמה שיטות נוספות וקצת מתקדמות הזמינות ב-NumPy.
    הַעֲרָמָה: ניתן לערום מספר מערכים יחד לאורך צירים שונים.
      np.vstack: לערום מערכים לאורך ציר אנכי. np.hstack: לערום מערכים לאורך ציר אופקי. np.column_stack: לערום מערכים דו-ממדיים כעמודות למערכים דו-ממדיים. np.concatenate: לערום מערכים לאורך הציר שצוין (הציר מועבר כארגומנט).
    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]] 
    פְּצִיחָה: לפיצול יש לנו את הפונקציות הבאות:
      np.hsplit: פיצול מערך לאורך ציר אופקי. np.vsplit: פיצול מערך לאורך ציר אנכי. np.array_split: פיצול מערך לאורך הציר שצוין.
    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]])] 
    שידור: המונח שידור מתאר כיצד NumPy מטפלת במערכים בעלי צורות שונות במהלך פעולות אריתמטיות. בכפוף לאילוצים מסוימים המערך הקטן יותר 'משודר' על פני המערך הגדול יותר כך שיש להם צורות תואמות. שידור מספק אמצעי ליצירת וקטור של פעולות מערך כך שלולאה מתרחשת ב-C במקום ב-Python. הוא עושה זאת מבלי ליצור עותקים מיותרים של נתונים ובדרך כלל מוביל להטמעת אלגוריתם יעילה. ישנם גם מקרים בהם שידור הוא רעיון גרוע מכיוון שהוא מוביל לשימוש לא יעיל בזיכרון שמאט את החישוב. פעולות NumPy נעשות בדרך כלל אלמנט אחר אלמנט מה שדורש שני מערכים בעלי אותה צורה בדיוק. כלל השידור של Numpy מרפה את האילוץ הזה כאשר צורות המערכים עומדות באילוצים מסוימים. כלל השידור: על מנת לשדר את גודל הצירים הנגררים עבור שני המערכים בפעולה חייב להיות באותו גודל או שאחד מהם חייב להיות אֶחָד . 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 ב-Python | סט 2 (מתקדם) 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 ב-Python | סט 2 (מתקדם)במקרים מסוימים השידור מותח את שני המערכים ליצירת מערך פלט גדול יותר מכל אחד מהמערכים הראשוניים. עבודה עם תאריך ושעה: 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'] 
    אלגברה לינארית ב-NumPy: מודול האלגברה הליניארית של NumPy מציע שיטות שונות ליישום אלגברה ליניארית על כל מערך numpy. אתה יכול למצוא:
    • דירוג קובע עקבות וכו' של מערך.
    • ערכים או מטריצות משלו
    • מטריצה ​​ומוצרי וקטור (תוצר חיצוני פנימי נקודה וכו') מעריכי מטריצה
    • לפתור משוואות ליניאריות או טנסור ועוד הרבה יותר!
    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 וזהו הקו שממזער את סכום הריבועים של המרחק מכל נקודת נתונים לישר. אז בהינתן n זוגות של נתונים (xi yi) הפרמטרים שאנו מחפשים הם w1 ו-w2 אשר ממזערים את השגיאה: NumPy ב-Python | סט 2 (מתקדם) 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:
אז זה מוביל לסיכום של סדרת הדרכה זו של NumPy. NumPy היא ספריית מטרה כללית בשימוש נרחב שנמצאת בליבה של ספריות חישוב רבות אחרות כמו scipy scikit-learn tensorflow matplotlib opencv וכו'. הבנה בסיסית של NumPy עוזרת להתמודד עם ספריות אחרות ברמה גבוהה יותר ביעילות! הפניות: צור חידון