numpy的重要性不言而喻，一般不涉及到GPU/TPU计算，都是用numpy，常见的np就是这个玩意。其特点就是快！其实如果不涉及到深度学习，还有一个库是很重要的，scipy，集成了很多的东西。
安装和导入如下：
# pip 安装方式 pip install numpy # conda 安装方式 conda install numpy # 导入 import numpy as np
numpy对象一般有三个属性：ndarray.ndim、ndarray.shape、ndarray.dtype。分别表示数据维度，数据形状，数据类型
数据转换和数据生成
将已有数据转化为numpy类型很简单，一般来说直接numpy.array一下就好
lst = [0.30406244, 0.06466714, 0.44950621] array = np.array(lst)
这里无论是字符串什么东西的都可以直接丢进去，这里提一下读取图片文件，需要涉及到其他的库，常见的有PIL、OpenCV
# PIL from PIL import Image import numpy as np im = np.array(Image.open('图片路径')) # OpenCV import cv2 im = cv2.imread('图片路径')
这两种方式都可以读取图片文件，cv2可以直接的转化为numpy类型数据
然后就是数据生成，分为随机生成和有序生成，分为random模块以及arange、linspace模块
这里先介绍一下random
# 设置随机种子 np.random.seed(42) # 生成矩阵形状为4*4，值在0-1之间的随机数 np.random.random(size=(4,4)) # 生成矩阵形状为4*4，值在low和high之间的随机整数 np.random.randint(low=0, high=1, size=(4,4)) # 生成矩阵形状为4*4，值在low和high之间满足均匀分布的随机数 np.random.uniform(low=0, high=1, size=(4,4)) # 生成矩阵形状为4*4，值在low和high之间满足正态分布的随机数 np.random.normal(loc=0, scale=1, size=(4,4))
这里要注意：正态分布的loc表示的是 μ \mu μ , scale表示的是 σ \sigma σ。
接下来是arange和linspace
np.arange(start, stop, step) np.linspace(start, stop, num)
arange和linspace的区别就是step和num的区别，其中step是步长，num是数量，分别表示根据步长生成有序数据和数量生成有序数据。
存取数据
numpy和list一样，可以指定行和列来对数据进行切片，但是不同的是可以利用True和False来对数据进行筛选
mu, sigma = 0, 0.1 s = np.random.normal(mu, sigma, 1000) res = s[(s>0) & (s<1)]
这样可以提取在0-1范围上的所有数据，这里要注意的是，条件必须要带上括号
数据变形和合并
首先是数据形状的修改
arr = np.arange(10) ## reshape 修改np对象维度，不修改矩阵本身 arr = arr.reshape(2,5) ## resize 修改np对象维度，同时修改矩阵本身 arr.resize(2,5) ## T 转置 arr.T ## ravel 把np对象展平，变成一维 C表示行优先，F表示列优先 arr.ravel('C') ## flatten 把np对象展平，变成一维 C表示行优先，F表示列优先 arr.flatten(order="C") ## squeeze 对维数为1的维度进行降维，即清除掉维数为1的维度 arr.squeeze() ## 拓展维度 np.expand_dims(arr, axis=-1) arr[:, np.newaxis] ## transpose 对高维矩阵进行轴对换 arr.transpose(1,2,0)
数据合并
lst = [1, 2, 3] lst_ = [3, 4, 5] ## append 拼接数组，维度不能发生变化 res = np.append(lst,lst_) ## concatenate 拼接数组，维度不能发生变化，内存占用要比append低， 推荐使用 lst = np.array([1, 2, 3]) lst_ = np.array([3, 4, 5]) res = np.concatenate((lst, lst_), axis=0) ## stack hstack vstack dstack 堆叠数组 lst = np.array([1, 2, 3]) lst_ = np.array([3, 4, 5]) res = np.stack((lst, lst_), axis=1) # 对应dstack 沿着第三维 res = np.stack((lst, lst_), axis=0) # 对应vstack 沿着列堆叠 res = np.hstack((lst, lst_)) # 沿着行堆叠
算数计算
numpy的算术计算相比与math速度大大提升
sqrt，sin,cos，abs，dot，log,log10,log2，exp，cumsum, cumproduct，sum，mean，median，std，var，corrcoef
广播机制
- 让所有输入数组都向其中shape最长的数组看起，shape中不足的部分都通过在前面加1补齐；
- 输出数组的shape是输入数组shape的各个轴上的最大值；
- 如果输入数组的某个轴和输出数组的对应轴的长度相同或者长度为1时，则可以调整，否则将会出错；
- 当输入数组的某个轴长度为1时，沿着此轴运算时都用(或复制)此轴上的第一组值；
使用Numpy实现回归实例
假设目标函数如下：
y = 3 x 2 + 2 x + 1 y=3x^2+2x+1 y=3x2+2x+1
图像如下：
假设知道最高项为3，设函数为： y = a x 2 + b x + c y=ax^2+bx+c y=ax2+bx+c
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt np.random.seed(42) x = np.linspace(-10, 10, 50) y = 3 * np.power(x, 2) + 2 * x + 1 a = np.random.random(size=(1, 1)) b = np.random.random(size=(1, 1)) c = np.random.random(size=(1, 1)) def get_predict(x): global a, b, c res = (a * np.power(x, 2) + b * x + c).flatten() return res def get_loss(y, y_pred): return np.mean(np.square(y - y_pred)) def grad_param(y, y_pred, lr=1e-4): global a, b, c a_grad = 2 * np.mean((y_pred - y) * np.power(x, 2)) b_grad = 2 * np.mean((y_pred - y) * np.power(x, 1)) c_grad = 2 * np.mean(y_pred - y) a -= lr * a_grad b -= lr * b_grad b -= lr * c_grad return None def train_one_peoch(x, y): y_pred = get_predict(x) loss = np.mean(get_loss(y, y_pred)) grad_param(y, y_pred) return loss def main(): loss_lst = [] for i in range(100): loss = train_one_peoch(x, y) loss_lst.append(loss) print("第", i + 1, "次", "训练loss：", loss) plt.plot(loss_lst) plt.show() if __name__ == "__main__": main()
得到训练后的损失如下：
