NumPy 进阶级:揭秘数据操作的奥秘

广播与通用函数
广播是 NumPy 的核心概念,它允许将标量或数组与具有不同形状的其他数组执行逐元素操作。通用函数 (ufunc) 是预定义的函数,应用于数组的每个元素。通过结合广播和 ufunc,可以实现高效且简洁的数据操作。
通用函数

numpy 进阶级:揭秘数据操作的奥秘

广播与通用函数

广播是 NumPy 的核心概念,它允许将标量或数组与具有不同形状的其他数组执行逐元素操作。通用函数 (ufunc) 是预定义的函数,应用于数组的每个元素。通过结合广播和 ufunc,可以实现高效且简洁的数据操作。

通用函数范例:

  • 矢量化乘法:np.multiply(A, B)
  • 元素比较:np.greater(A, B)
  • 数学运算:np.sin(x)

高级索引与切片

高级索引和切片提供了超出标准索引的灵活数据访问方式。布尔索引选择满足特定条件的元素,而花式索引和高级切片允许使用数组或列表索引多个轴上的元素。

高级索引范例:

  • 布尔索引:A[A > 5]
  • 花式索引:A[np.array([0, 2, 4])]
  • 高级切片:A[::2, 1::2]

数组聚合与归约

聚合函数用于对数组中数据进行分组或汇总。归约函数将数组中的元素减少为单个标量值。常见的聚合函数包括:

  • 求和:np.sum()
  • 平均值:np.mean()
  • 最大值:np.max()
  • 最小值:np.min()

排序与唯一值

排序算法对数组的元素进行排序,而唯一值函数返回数组中唯一元素的集合。这些功能对于数据分析和数据清理非常有用。

排序范例:

  • 排序数组:np.sort(x)
  • 沿特定轴排序:np.sort(A, axis=1)

唯一值范例:

  • 找出唯一值:np.unique(A)
  • 计数唯一值:np.unique(A, return_counts=True)

广播、高级索引和聚合的结合

结合广播、高级索引和聚合可以实现复杂的数据操作。例如,可以对数组中的特定行或列求和,或对满足特定条件的元素进行计数。

范例:

  • 对每个列求和:np.sum(A, axis=0)
  • 对布尔索引元素求平均值:np.mean(A[A > 5])

性能优化

通过利用 NumPy 的矢量化、广播和高效的底层实现,可以优化数据操作的性能。其他性能优化技巧包括:

  • 避免创建不必要的副本
  • 使用数组表达式而不是循环
  • 使用 NumPy 的优化的 ufunc

其他高级特性

NumPy 还提供了其他高级特性,例如:

  • 数组广播
  • 花式索引
  • 线性代数操作
  • 随机数生成

用例

NumPy 的进阶技术在各种应用中都有用,包括:

  • 数据分析与挖掘
  • 科学计算
  • 图像处理
  • 机器学习

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