От переводчика: это перевод материала Ракшита Васудева, давно и плотно изучающего DataScience и применение в ней языка Python. Автор рассказывает о мощной библиотеке Numpy, который позволяет реализовать многие возможности машинного обучения и работы с большими данными.
Numpy — математическая библиотека для Python. Она позволяет выполнять разного рода вычисления эффективно и быстро. Она значительно расширяет функциональность Python благодаря специальным решениям, которые в ней применяются. В этой статье рассказывается о базовых возможностях Numpy, и это только первая часть; чуть позже будут опубликованы и другие. Статья для тех, кто только начинает изучать Numpy, вступая в дивный мир математики в Python.
Skillbox рекомендует: Практический курс «Python-разработчик с нуля».
Напоминаем: для всех читателей «Хабра» — скидка 10 000 рублей при записи на любой курс Skillbox по промокоду «Хабр».
Импорт библиотеки
import numpy as npВ этом месте мы говорим Python, что np — это референс для Numpy, который и будет использоваться впредь.
Теперь создадим массив python и массив np.
# python array
a = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
# numpy array
A = np.array([1,2,3,4,5,6,7,8,9])Большой разницы при выводе нет.
print(a)
print(A)
====================================================================
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
[1 2 3 4 5 6 7 8 9]Хорошо, почему в таком случае лучше использовать массив numpy вместо обычного? Ответ — потому что np позволит нам быстрее производить вычисления и модифицировать общую архитектуру приложения.
np.arange()
np.arange(0,10,2)
====================================================================
array([0, 2, 4, 6, 8])([start],stop,[step]) упорядочивает цифры. Вот что это означает для машины.
Формируем np-список, начиная с 0 до 10, но не включаем 10, плюс увеличиваем цифры на 2 каждый раз.
Таким образом, у нас получается вот что:
array([0, 2, 4, 6, 8])
Важно помнить, что последняя цифра не включается в список.
Другой пример:
np.arange(2,29,5)
====================================================================
array([2, 7, 12, 17, 22, 27])Этот массив можно также назвать матрицей или вектором. Поэтому не переживайте, когда я говорю, например: «Форма матрицы — 2*3». Все это означает, что наш массив в итоге будет выглядеть примерно так:
array([2, 7, 12],
[17, 22, 27])Теперь давайте поговорим о таком параметре, как shape для массива np по умолчанию. Shape здесь — атрибут. Пример его использования — ниже.
A = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
A.shape
====================================================================
(9,)Это матрица из чисел, где в ряду всего 9 элементов. В принципе, идеальной является матрица 1*9, не так ли?
В принципе, да, и для этого reshape() вступает в игру. Это метод, который изменяет размеры оригинальной матрицы так, как хотелось бы нам.
Вот пример использования reshape() на практике.
A = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
A.reshape(1,9)
====================================================================
array([[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]])Обратите внимание, что reshape возвращает многомерную матрицу. На это указывают две квадратных скобки в начале. [[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]] является потенциально многомерной матрицей в отличие от [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].
Другой пример:
B = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
B.reshape(3,3)
====================================================================
array([[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]])Если взять параметр shape для B, то им будет (3,3):
B.shape
====================================================================
(3,3)Перейдем к np.zeros()
Что прописано в этом коде?
np.zeros((4,3))
====================================================================
???????????Именно: здесь задана матрица формата 3*4, заполненная нулями. Вот вывод:
np.zeros((4,3))
====================================================================
array([[0., 0., 0.],
[0., 0., 0.],
[0., 0., 0.],
[0., 0., 0.]])np.zeros((n,m)) возвращает матрицу формата n*m, заполненную нулями. Все просто.
А что делает np.eye()?
Возвращает нам единичную матрицу с определенными характеристиками.
np.eye(5)
====================================================================
array([[1., 0., 0., 0., 0.],
[0., 1., 0., 0., 0.],
[0., 0., 1., 0., 0.],
[0., 0., 0., 1., 0.],
[0., 0., 0., 0., 1.]])Как умножить две матрицы?
Нет проблем: для этого используется np.dot(), Эта функция — скалярное произведение, если в нее передали вектора и произведение матриц (самое обыкновенное).
Пример: A = (2,3) & B = (3,2). Здесь число столбцов в А — 3. Число строк в В — 3. Поскольку характеристики совпадают, умножение возможно.
# generate an identity matrix of (3 x 3)
I = np.eye(3)
I
====================================================================
array([[1., 0., 0.],
[0., 1., 0.],
[0., 0., 1.]])
# generate another (3 x 3) matrix to be multiplied.
D = np.arange(1,10).reshape(3,3)
D
====================================================================
array([[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]])Мы подготовили матрицы к умножению. Далее — действуем.
# perform actual dot product.
M = np.dot(D,I)
M
====================================================================
array([[1., 2., 3.],
[4., 5., 6.],
[7., 8., 9.]])А теперь давайте добавим отдельные элементы в матрицу
# add all the elements of matrix.
sum_val = np.sum(M)
sum_val
====================================================================
45.0np.sum() добавляет элементы в матрицу.
Однако у нас есть два варианта.
1. Складываем по строкам
# sum along the rows
np.sum(M,axis=1)
====================================================================
array([ 6., 15., 24.])
6 — сумма первой строки (1, 2, 3).
15 — второй (4, 5, 6).
24 — третьей (7, 8, 9).
2. Складываем по столбцам
# sum along the cols
np.sum(M,axis=0)
====================================================================
array([12., 15., 18.])
12 — сумма по первому столбцу (1, 4, 7).
15 — по второму (2, 5, 7).
18 — по третьему (3, 6, 9).
Ниже — видео, созданное автором, где все, что описано выше, объясняется еще раз, более наглядно.
Skillbox рекомендует:
- Онлайн-курс«Python-разработчик с нуля».
- Практический годовой курс «PHP-разработчик с нуля до PRO».
- Образовательный онлайн-курс «Профессия Java-разработчик».
Автор: skillbox
