NumPy（Numerical Python）是一个开源的Python科学计算库，提供了多维数组对象和对数组进行操作的工具。它是Python数据科学生态系统的核心库之一，被广泛用于科学计算、数据分析和机器学习等领域。本文将逐一解析NumPy库中的常用函数，包括数组创建、数组操作、数学函数、统计函数和线性代数等方面，并提供具体的代码示例。
1.1 numpy.array()：从列表或元组中创建数组。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr)
# 输出：[1 2 3 4 5]
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1.2 numpy.zeros()：创建指定维度的全零数组。
import numpy as np
arr = np.zeros((3, 4))
print(arr)
"""
输出：
[[0. 0. 0. 0.]
[0. 0. 0. 0.]
[0. 0. 0. 0.]]
"""
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1.3 numpy.ones()：创建指定维度的全一数组。
import numpy as np
arr = np.ones((2, 3))
print(arr)
"""
输出：
[[1. 1. 1.]
[1. 1. 1.]]
"""
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1.4 numpy.arange()：创建等差数组。
import numpy as np
arr = np.arange(0, 10, 2)
print(arr)
# 输出：[0 2 4 6 8]
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2.1 reshape()：改变数组的形状。
import numpy as np
arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
new_arr = arr.reshape((3, 2))
print(new_arr)
"""
输出：
[[1 2]
[3 4]
[5 6]]
"""
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2.2 indexing和slicing：通过索引和切片操作数组。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr[2]) # 输出：3
print(arr[1:4]) # 输出：[2 3 4]
print(arr[:3]) # 输出：[1 2 3]
print(arr[-3:]) # 输出：[3 4 5]
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2.3 concatenate()：将两个或多个数组进行拼接。
import numpy as np
arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
arr = np.concatenate((arr1, arr2))
print(arr)
# 输出：[1 2 3 4 5 6]
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2.4 transpose()：对数组进行转置。
import numpy as np
arr = np.array([[1, 2], [3, 4]])
new_arr = np.transpose(arr)
print(new_arr)
"""
输出：
[[1 3]
[2 4]]
"""
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3.1 np.mean()：计算数组的平均值。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
mean = np.mean(arr)
print(mean)
# 输出：3.0
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3.2 np.sin()：计算数组元素的正弦值。
import numpy as np
arr = np.array([0, np.pi/2, np.pi])
sin = np.sin(arr)
print(sin)
# 输出：[0. 1. 1.2246468e-16]
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3.3 np.exp()：对数组元素进行指数运算。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3])
exp = np.exp(arr)
print(exp)
# 输出：[ 2.71828183 7.3890561 20.08553692]
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4.1 np.max()：计算数组的最大值。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
max_value = np.max(arr)
print(max_value)
# 输出：5
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4.2 np.min()：计算数组的最小值。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
min_value = np.min(arr)
print(min_value)
# 输出：1
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4.3 np.median()：计算数组的中位数。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
median = np.median(arr)
print(median)
# 输出：3.0
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4.4 np.var()：计算数组的方差。
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
variance = np.var(arr)
print(variance)
# 输出：2.0
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5.1 np.dot()：计算两个数组的点积。
import numpy as np
arr1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
arr2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])
dot_product = np.dot(arr1, arr2)
print(dot_product)
"""
输出：
[[19 22]
[43 50]]
"""
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5.2 np.linalg.inv()：计算矩阵的逆。
import numpy as np
arr = np.array([[1, 2], [3, 4]])
inverse = np.linalg.inv(arr)
print(inverse)
"""
输出：
[[-2. 1. ]
[ 1.5 -0.5]]
"""
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以上仅仅是NumPy库中函数的一部分，通过了解这些常用函数的使用方法，我们能更高效地使用NumPy进行数组操作、数学运算、统计分析和线性代数等计算任务。同时，通过深入学习NumPy库的相关文档，我们可以发现更多强大的函数和功能，为我们的科学计算工作提供有力的支持。
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