Entschlüsseln Sie die Numpy-Bibliothek: Enthüllen Sie die Algorithmusprinzipien und Arbeitsmechanismen dahinter.
Mit der rasanten Entwicklung der Technologie ist die Datenwissenschaft zu einem äußerst wichtigen Bereich geworden. Unter ihnen sind Datenverarbeitung und -analyse die Kernglieder der Datenwissenschaft. Darüber hinaus ist die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit mit zunehmender Datenmenge zu einem nicht zu vernachlässigenden Problem geworden.
Im Bereich Data Science ist Python eine der am häufigsten verwendeten Programmiersprachen. Als eine der wichtigsten Datenverarbeitungsbibliotheken in Python wird die Numpy-Bibliothek häufig in der Datenwissenschaft verwendet.
Dieser Artikel konzentriert sich auf die Numpy-Bibliothek und enthüllt die Algorithmusprinzipien und Arbeitsmechanismen dahinter. Gleichzeitig helfen spezifische Codebeispiele den Lesern, ein tieferes Verständnis für die Verwendungs- und Anwendungsszenarien von Numpy zu erlangen.
1. Einführung in Numpy
Der vollständige Name von Numpy ist Numerical Python, eine mathematische Berechnungsbibliothek, die auf der Python-Sprache basiert. Numpy bietet eine leistungsstarke, mehrdimensionale Array-Datenstruktur und eine große Anzahl darauf basierender mathematischer Funktionen, mit denen eine Vielzahl wissenschaftlicher Berechnungen durchgeführt werden können.
Numpy wurde ursprünglich von Jim Hugunin entwickelt und sein Kern ist in der Sprache C geschrieben. Daher verfügt Numpy nicht nur über die Benutzerfreundlichkeit der höheren Programmiersprache Python, sondern auch über die Effizienz der C-Sprache.
2. Numpy-Array
Array in Numpy, auch Ndarray genannt, ist eine mehrdimensionale Array-Datenstruktur. In Numpy können Ndarray-Objekte eindimensional oder mehrdimensional sein. Numpy-Arrays haben die folgenden Eigenschaften:
1. Gleicher Typ: Die Elemente in ndarray müssen vom gleichen Typ sein.
2. Feste Größe: Die Größe des ndarray-Objekts ist fest, d. h. wenn das Array erstellt wird, kann die Array-Größe nach der Definition der Array-Größe nicht geändert werden.
3. Vektorisierungsoperationen unterstützen: Die Vektorisierungsoperation in Numpy kann eine Operation für das gesamte Array ausführen, ohne dass für jedes Element im Array dieselbe Operation über eine Schleife ausgeführt werden muss.
4. Effizienz: Da die unterste Ebene von Numpy in der Sprache C geschrieben ist, ist die Verarbeitungseffizienz sehr hoch.
Im Folgenden sind einige gängige Vorgänge für Numpy-Arrays aufgeführt:
- Arrays erstellen
Mit Numpy können Sie Arrays über die Funktion np.array() erstellen. Die Funktion np.array() kann eine Python-Liste oder ein Python-Tupel als Eingabe empfangen und ein ndarray-Objekt zurückgeben.
Beispielcode:
import numpy as np
arr = np.array([1, 2, 3])
print(arr)
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Ausgabeergebnis:
[1 2 3]
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- Form und Größe des Arrays
In Numpy können Sie das Shape-Attribut verwenden, um die Form des Arrays zu erhalten, und Sie können auch ndarray.size verwenden Attribut, um die Anzahl der Elemente im Array zu erhalten.
Beispielcode:
import numpy as np
arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print(arr.shape)
print(arr.size)
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Ausgabeergebnis:
(2, 3)
6
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- Array-Zugriff
In Numpy kann auf Elemente im Array durch Indizierung zugegriffen werden. Bei mehrdimensionalen Arrays können Sie Kommas zum Trennen von Indizes verwenden.
Beispielcode:
import numpy as np
arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print(arr[0,1])
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Ausgabeergebnis:
3. Algorithmusprinzipien und Arbeitsmechanismen in Numpy
Die Kernalgorithmen und -mechanismen der Numpy-Bibliothek sind in zwei Teile unterteilt: Datenstruktur und C-Sprachimplementierung. Die Datenstruktur bezieht sich auf das Ndarray-Objekt in Numpy, bei dem es sich um ein mehrdimensionales Array handelt, das in der C-Sprache implementiert ist. Der in der C-Sprache implementierte Kernalgorithmus ist die Effizienzgarantie von Numpy.
Die C-Sprachimplementierung in Numpy funktioniert im Python-Interpreter. Wenn der Benutzer eine Funktion in der Numpy-Bibliothek aufruft, übergibt der Python-Interpreter die Daten und die Funktion an die Numpy-Bibliothek. In der Numpy-Bibliothek übergibt der C-Sprachcode die Datenstruktur ndarray an den entsprechenden Algorithmus und die Mathematikbibliothek.
Da viele Kernfunktionen in der Numpy-Bibliothek in der C-Sprache implementiert sind, ist die Numpy-Bibliothek bei der Verarbeitung großer Datenmengen viel effizienter als reiner Python-Code. Dies liegt daran, dass Python eine interpretierte Sprache ist und der Code während der Ausführung analysiert und kompiliert werden muss. Die C-Sprache ist eine kompilierte Sprache, daher wird der C-Sprachcode während des Ausführungsprozesses direkt in Maschinencode umgewandelt, was ihn effizienter macht.
Ein weiterer wichtiger Grund, warum die Numpy-Bibliothek auf die C-Sprache angewiesen ist, ist, dass die C-Sprache über eine umfangreiche mathematische Operationsbibliothek und zugrunde liegende Hardwareunterstützung verfügt. Dadurch können Berechnungen in der Numpy-Bibliothek hardwarebeschleunigt und effizienter durchgeführt werden. Die Effizienz der Numpy-Bibliothek ist einer der Gründe, warum Python im Bereich der Datenwissenschaft eingesetzt wird.
4. Anwendungsszenarien von Numpy
Die Numpy-Bibliothek wird häufig im Bereich der Datenwissenschaft verwendet. Im Folgenden sind einige häufige Anwendungsszenarien der Numpy-Bibliothek im Bereich der Datenwissenschaft aufgeführt:
- Mathematische Berechnungen
Die Numpy-Bibliothek bietet viele mathematische Funktionen, mit denen verschiedene wissenschaftliche Berechnungen durchgeführt werden können, z. B. Matrixmultiplikation und Matrixaddition . , Faltung und Fourier-Transformation usw.
- Datenverarbeitung
Die Numpy-Bibliothek bietet viele Funktionen zum Verarbeiten von Daten, wie z. B. Array-Sortierung, Filterung, Löschen doppelter Werte usw.
- Statistik und Modellierung
Die Numpy-Bibliothek verfügt über viele Funktionen für die statistische Analyse und Modellierung, wie z. B. lineare Regression, Normalverteilung usw.
- Datenvisualisierung
Arrays in der Numpy-Bibliothek können als Eingabedaten für Datenvisualisierungsbibliotheken wie Matplotlib zum Zeichnen von Grafiken verwendet werden.
5. Zusammenfassung
Die Numpy-Bibliothek ist eine der wichtigsten Datenverarbeitungs- und Analysebibliotheken in Python. Es ist auf Basis der C-Sprache implementiert und bietet effiziente mehrdimensionale Array-Datenstrukturen sowie verschiedene mathematische, Verarbeitungs-, Statistik- und Modellierungsfunktionen.
Durch die Einleitung dieses Artikels können wir ein umfassenderes Verständnis der Algorithmusprinzipien und Arbeitsmechanismen hinter der Numpy-Bibliothek erlangen. Gleichzeitig können wir auch ein tieferes Verständnis der Nutzungsszenarien und Anwendungsmethoden von Numpy erlangen Bibliothek.
Das obige ist der detaillierte Inhalt vonEntschlüsselung der Numpy-Bibliothek: Enthüllung der Algorithmusprinzipien und der dahinter stehenden Arbeitsmechanismen. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!
