numpy（numericalPython的簡(jiǎn)稱）是高性能科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)包，其中包含了大量工具，如數(shù)組對(duì)象（用來表示向量、矩陣、圖像等）及線性代數(shù)函數(shù)等。numpy中的數(shù)組對(duì)象可以實(shí)現(xiàn)數(shù)組中重要的操作，如矩陣乘積及轉(zhuǎn)置、解方程系統(tǒng)、向量乘積和歸一化，為圖像變形、圖像分類、圖像聚類等提供了基礎(chǔ)?？茖W(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)34521ndarray是一個(gè)具有矢量算術(shù)運(yùn)算和復(fù)雜廣播能力的多維數(shù)組。具有對(duì)數(shù)組數(shù)據(jù)進(jìn)行快速運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)。具有讀/寫外存數(shù)據(jù)的工具以及用于操作內(nèi)存映射文件的工具。具有線性代數(shù)、隨機(jī)數(shù)生成以及傅里葉變換功能。具有用于集成由C、C++等語言編寫的代碼工具。1.numpy數(shù)組的概念numpy庫(kù)中處理的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型是同種元素構(gòu)成的數(shù)組。numpy數(shù)組是一個(gè)多維數(shù)組對(duì)象，稱為ndarray。numpy數(shù)組的維數(shù)稱為秩，一維數(shù)組秩為1，二維數(shù)組秩為2。numpy中，每一個(gè)線性數(shù)組是一個(gè)軸，秩是描述軸的數(shù)量。numpy數(shù)組的下標(biāo)從0開始。同一個(gè)numpy數(shù)組中元素的類型相同。numpy數(shù)組的創(chuàng)建13.1.1科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)2.創(chuàng)建numpy數(shù)組（1）用array()函數(shù)將Python中的列表和元組創(chuàng)建成數(shù)組。（2）zeros()、ones()函數(shù)。（3）arange()、linspace()函數(shù)（4）numpy庫(kù)的基本函數(shù)。3.numpy中的數(shù)據(jù)類型(1)整型、浮點(diǎn)型、復(fù)數(shù)類型(2)bool、inti、int8、int32、int64、float16、float32、float64等。例13-1~13-3科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)numpy數(shù)組中的元素是通過下標(biāo)來訪問的，可以通過方括號(hào)括起一個(gè)下標(biāo)來訪問數(shù)組中的單一元素，也可以用切片的形式訪問數(shù)組中的多個(gè)元素。訪問numpy數(shù)組的元素13.1.2切片方法功能描述x[i]數(shù)組第i個(gè)元素x[-i]從后向前索引第i個(gè)元素x[n:m]切片，默認(rèn)步長(zhǎng)為1，從前向后索引，不包含mx[-m:-n]切片，默認(rèn)步長(zhǎng)為1，從后往前索引，不包含-nx[n:m:i]切片，指定步長(zhǎng)為i的由n到m的索引例13-4~13-5numpy數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算包括：(1)numpy數(shù)組的四則運(yùn)算。(2)numpy數(shù)組的矩陣乘法。(3)numpy數(shù)組中+=、*=的應(yīng)用。(4numpy數(shù)組中元素的運(yùn)算。(5)指定axis參數(shù)計(jì)算numpy數(shù)組。numpy的ufunc函數(shù)和算術(shù)運(yùn)算13.1.3科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)ufunc函數(shù)也稱為通用函數(shù)，是一種對(duì)數(shù)組的每個(gè)元素進(jìn)行運(yùn)算的函數(shù)。ufunc函數(shù)對(duì)數(shù)組進(jìn)行操作，以數(shù)組作為輸出。ufunc函數(shù)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算是針對(duì)的是數(shù)組中的每個(gè)元素，與使用循環(huán)相比，在運(yùn)算速度上更快、效率更高。常用的ufunc函數(shù)包括add()、subtract()、multiply()、divide()等。例13-6~13-11科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)數(shù)組的形狀（shape）取決于其每個(gè)軸上的元素個(gè)數(shù)，可以使用reval()、reshape()、transpose()等函數(shù)修改數(shù)組的形狀。reval():降低數(shù)組的維度。reshape():改變數(shù)組維度。transpose():轉(zhuǎn)置數(shù)組。(1)numpy數(shù)組的形狀操作reshape()。(2)使用resize()函數(shù)改變數(shù)組形狀。numpy數(shù)組的形狀操作13.1.4>>>importnumpyasnp>>>nums0=64(50*np.random.rand(3,4))>>>print(nums0)>>>nums1=nums0.ravel()>>>print(nums1)>>>nums0.shape=(6,2)>>>print(nums0)>>>nums2=nums0.transpose()>>>print(nums2)>>>nums2.transpose()>>>id(nums2)#轉(zhuǎn)置數(shù)組,id值不發(fā)生改變例13-12~13-13科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)1.genfromtxt()函數(shù)genfromtxt()函數(shù)可以從文本文件中加載數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為numpy數(shù)組，通過不同的參數(shù)來處理不同格式的文本文件，包括分隔符、缺失值、數(shù)據(jù)類型等，語法格式如下。numpy.genfromtxt(fname,dtype=float,comments='#',delimiter=None,skip_header=0,skip_footer=0,skip_rows=0,usecols=None,encoding=None,filling_values=None,…)numpy庫(kù)的文件操作13.1.5fname是文件名字符串；dtype是生成數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，默認(rèn)值為float；comments用作注釋的字符或字符序列；delimiter是字段分隔符，默認(rèn)用空格、制表符等做為分隔符，也可以用單個(gè)字符或字符序列做為分隔符。skip_header是要跳過的文件開頭的行數(shù)；skip_footer是要跳過的文件末尾的行數(shù)；skip_rows是要跳過的行數(shù)（從文件開頭）例13-14科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.1用于科學(xué)計(jì)算的numpy庫(kù)2.loadtxt()函數(shù)和savetxt()函數(shù)numpy的loadtxt()函數(shù)的也用于讀取文件中的數(shù)據(jù)。loadtxt()函數(shù)的目標(biāo)是快速讀取簡(jiǎn)單、格式化的文件，要求目標(biāo)文件每一行具有相同數(shù)量的數(shù)據(jù)。numpy.loadtxt(fname,dtype=float,delimiter=None,comments='#',skip_rows=0,usecols=None,encoding=None,…)numpy庫(kù)的文件操作13.1.5numpy庫(kù)的savetxt()函數(shù)用于保存數(shù)組到文件。numpy.savetxt(fname,X,fmt='%.18e',delimiter='',newline='\n',header='',footer='',comments='#',encoding=None))matplotlib是Python的2D繪圖庫(kù)，是一套面向?qū)ο蟮睦L圖庫(kù)，使用它繪制的圖表中的每個(gè)繪圖元素都有一個(gè)對(duì)象與之對(duì)應(yīng)。matplotlib通過pyplot模塊提供了一套API，將眾多繪圖對(duì)象所構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)隱藏在這套API內(nèi)部。用戶只需要調(diào)用pyplot模塊所提供的函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)快速繪圖，并設(shè)置圖表的各個(gè)細(xì)節(jié)。安裝matplotlib之前先要安裝numpy。matplotlib簡(jiǎn)介13.2.1科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)通常使用importmatplotlib.pyplotasplt語句導(dǎo)入庫(kù)，使用plt作為matplotlib.pyplot模塊的別名。matplotlib.pyplot模塊中的函數(shù)13.2.2科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)1.繪制過程和主要函數(shù)(1)創(chuàng)建繪圖對(duì)象

figure(figsize=(width,height),dpi=n)(2)使用plot()函數(shù)繪圖

plot(x,y,c="r",ls="-.",linewidth=2.0)(3)設(shè)置繪圖對(duì)象的各個(gè)屬性xlabel/ylabel:設(shè)置x,y軸標(biāo)題文字。

title:設(shè)置圖的標(biāo)題。

xlim/ylim:設(shè)置x,y軸顯示范圍。

legend():顯示圖例。(4)圖形的保存和輸出

savefig(“文件名”,dpi=n)

show()13.2.2科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)顏色參數(shù)和線形參數(shù)顏色參數(shù)（color,簡(jiǎn)寫為c）線形參數(shù)（linestyles，簡(jiǎn)寫為ls）藍(lán)色：’b’（bulue）實(shí)線：’-’綠色：’g’（green）虛線：’--’紅色：’r’（red）虛點(diǎn)線：’-.’黃色：’y’（yellow）點(diǎn)：’.’黑色：’k’（black）白色：’w’（white）讀取

和顯示函數(shù)函數(shù)功能Plt.legend()在繪圖區(qū)域中放置圖例Plt.show()顯示創(chuàng)建的繪圖對(duì)象Plt.matshow()在窗口中顯示數(shù)組矩陣Plt.imshow()在axes上顯示圖像Plt.imsave()保存數(shù)組為圖像文件Plt.imread()從圖像文件中讀取數(shù)組matplotlib.pyplot模塊中的函數(shù)13.2.2科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)2.在繪圖對(duì)象中繪制多個(gè)子圖可以使用subplot()函數(shù)快速繪制包含多個(gè)子圖的圖表:

subplot(numrows,numcols,plotNum)subplot()將整個(gè)繪圖區(qū)域等分為numrows行與numcols列個(gè)子區(qū)域，再按照從左到右，從上到下的順序?qū)γ總€(gè)子區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，左上角的子區(qū)域的編號(hào)為1。plotNum指定使用第幾個(gè)子區(qū)域。matplotlib.pyplot模塊中的函數(shù)13.2.2科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)3.繪制多副圖表4.在圖表中顯示中文matplotlib的默認(rèn)配置文件中，使用的字體無法在圖表中正確顯示中文。#指定默認(rèn)字體plt.rcParams['font.family']='SimHei’plt.rcParams['font.sans-serif']='SimHei‘#用來正常顯示負(fù)值plt.rcParams['axes.unicode_minus']=Falsematplotlib.pyplot模塊中的函數(shù)例13-16繪制直方圖、條形圖、餅圖13.2.3科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)1.直方圖直方圖（histogram）是統(tǒng)計(jì)報(bào)告圖，由一系列高度不等的縱向條紋或線段表示數(shù)據(jù)分布情況。一般用橫軸表示數(shù)據(jù)類型，縱軸表示分布情況。直方圖的繪制通過pyplot.hist()函數(shù)實(shí)現(xiàn)：plt.hist(x,bins=30,color='green',density=True)x:指定每個(gè)bin(箱子)分布在x軸的位置。bins:指定bin個(gè)數(shù)，即條狀圖個(gè)數(shù)。density:值為True時(shí),本區(qū)間點(diǎn)在所有點(diǎn)中占的概率。color：指定顏色。例13-17繪制直方圖、條形圖、餅圖13.2.3科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)2.條形圖條形圖（bar）是用一個(gè)單位長(zhǎng)度表示一定的數(shù)量，根據(jù)數(shù)量的多少繪制長(zhǎng)短不同的線條，然后把這些線條按一定的順序排列起來。pyplot.bar()函數(shù)繪制豎直方向的條形圖。pyplot.barh()函數(shù)繪制水平方向的條形圖。例13-18~13-19繪制直方圖、條形圖、餅圖13.2.3科學(xué)計(jì)算與圖表制作13.2用于繪制圖表的matplotlib庫(kù)3.餅狀