NumPy 快速入门

Posted 2022-11-27 诗雨时

系列文章目录

Python数据科学家养成计划（NumPy学习指南）

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文章目录

• 系列文章目录
• 一. Python
• 二. windows 平台安装 Python
• 三. windows 平台安装 NumPy、Matplotlib、Scipy
• 四. 数组对象
• 五. 向量加法

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一. Python

NumPy 是基于 Python 的，因此在安装 NumPy 之前，我们需要先安装 Python。

某些操作系统已经默认安装有 Python 环境，但你仍需检查 Python 的版本是否与你将要安装的 NumPy 版本兼容。

Python 有很多种实现，包括一些商业化的实现和发行版。

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二. windows 平台安装 Python

以下为在 Window 平台上安装 Python 的简单步骤：

• 打开 WEB 浏览器访问https://www.python.org/downloads/windows/

• 在下载列表中选择Window平台安装包，包格式为：python-XYZ.msi 文件 ， XYZ 为你要安装的版本号。
• 要使用安装程序 python-XYZ.msi, Windows 系统必须支持 Microsoft Installer 2.0 搭配使用。只要保存安装文件到本地计算机，然后运行它，看看你的机器支持 MSI。Windows XP 和更高版本已经有 MSI，很多老机器也可以安装 MSI。
  
• 下载后，双击下载包，进入 Python 安装向导，安装非常简单，你只需要使用默认的设置一直点击"下一步"直到安装完成即可。

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三. windows 平台安装 NumPy、Matplotlib、Scipy

在安装好 Python 之后，我们直接使用 pip 源安装相关 Python 依赖库即可：

• pip install NumPy
• pip install matplotlib
• pip install scipy

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四. 数组对象

在介绍完 NumPy 的安装步骤之后，我们来看看 NumPy 中的数组对象。

NumPy 数组在数值运算方面的效率优于 Python 提供的 list 容器。

使用 NumPy 可以在代码中省去很多循环语句，因此其代码比等价的 Python 代码更为简洁。

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五. 向量加法

向量：数学意义上的一维数组。

题目：对两个向量 a 和 b 做加法。

• 向量 a 的取值：0 ~ n 的整数的平方，例如 n 取 3 时，向量 a 为 [0, 1, 4]
• 向量 b 的取值：0 ~ n 的整数的立方，例如 n 取 3 时，向量 a 为 [0, 1, 8]

(1) 使用纯 Python 代码解决问题

def python_sum(n):
    a = list(range(n))
    b = list(range(n))
    c = []
    
    for i in range(len(a)):
        a[i] = i ** 2
        b[i] = i ** 3
        c.append(a[i] + b[i])
        
    return c

print(python_sum(3))

(2) 使用 NumPy 代码解决问题

import numpy as np

def numpy_sum(n):
    a = np.arange(n) ** 2
    b = np.arange(n) ** 3
    c = a + b
    return c

print(numpy_sum(3))

注意：

• 使用 NumPy 模块时需要先使用 import 引入该模块。
• numpy_sum() 函数中没有使用 for 循环。
• 使用 NumPy 中的 arange() 函数来创建包含 0 ~ n 的整数的 NumPy 数组。
• 代码中的 arange() 函数前面有一个 前缀 np，是在代码开头所引入的 NumPy 模块的别名，表明函数是从 NumPy 模块导入的。

(3) 比较使用纯 Python 代码实现和使用 NumPy 代码实现的耗时时间

• 程序在向量个数为 1000、5000 和 10000 时的运行时间分别为：