Python中使用np.array實現數組操作

一、創建數組

在python中，我們可以使用numpy庫的array()函數來創建一個numpy數組。它可以接收不同的數據類型作為輸入，比如列表，元組，數組或其他序列類型。下面是一個使用array()函數創建數組的例子：

import numpy as np

# 創建一個一維數組
arr1 = np.array([1, 2, 3, 4])
print("一維數組：", arr1)

# 創建一個二維數組
arr2 = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print("二維數組：", arr2)

# 創建一個三維數組
arr3 = np.array([[[1, 2], [3, 4]], [[5, 6], [7, 8]]])
print("三維數組：", arr3)

在上面的例子中，我們創建了一個一維、二維和三維的numpy數組。我們可以使用shape屬性獲得數組的維度，使用dtype屬性獲得數組的數據類型：

# 獲得數組的維度
print(arr1.shape)
print(arr2.shape)
print(arr3.shape)

# 獲得數組的數據類型
print(arr1.dtype)
print(arr2.dtype)
print(arr3.dtype)

二、數組切片和索引

在numpy中，我們可以使用索引和切片來訪問數組元素。對於一維數組，我們可以簡單地使用索引來訪問元素。對於二維數組或更高維度的數組，我們可以使用逗號分隔的索引或切片來訪問元素。下面是一個使用切片和索引訪問數組元素的例子：

import numpy as np

# 創建一個二維數組
arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

# 訪問二維數組的元素
print("第一個元素：", arr[0, 0])  # 第一行第一列的元素，即1
print("第二行的所有元素：", arr[1, :])  # 第二行所有元素，即[4,5,6]
print("第一列所有元素：", arr[:, 0])  # 第一列所有元素，即[1,4,7]
print("第1~2行，第1~2列的元素：", arr[0:2, 0:2])  # 第1~2行，第1~2列的元素，即[[1,2],[4,5]]

三、數組運算

numpy數組可以進行各種數學運算，如加、減、乘、除等。numpy庫中還提供了許多不同的函數，例如sin，cos，log等，這些函數可以通過數組和給定的參數進行計算。下面是一個使用numpy進行數組運算的例子：

import numpy as np

# 創建兩個數組
a = np.array([1, 2, 3, 4])
b = np.array([5, 6, 7, 8])

# 數組加法
print("數組加法：", a + b)

# 數組減法
print("數組減法：", a - b)

# 數組乘法
print("數組乘法：", a * b)

# 數組除法
print("數組除法：", a / b)

# 數組sin函數
print("數組的sin函數：", np.sin(a))

四、數組形狀操作

numpy庫提供了一些函數來修改數組的形狀，比如reshape，flatten和transpose等函數。下面是一些使用這些函數的例子：

import numpy as np

# 創建一個一維數組
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

# reshape函數改變數組形狀
arr_reshape = arr.reshape(2, 4)
print("數組的形狀：", arr.shape)
print("reshape後的數組形狀：", arr_reshape.shape)

# flatten函數將數組變為一維
arr_flatten = arr_reshape.flatten()
print("flatten後的數組：", arr_flatten)

# transpose函數對數組進行轉置
arr_transpose = arr_reshape.transpose()
print("轉置後的數組：", arr_transpose)

五、數組排序

numpy庫提供了幾個函數來對數組進行排序，如sort函數和argsort函數等。sort函數可以排序數組中的元素，而argsort函數可以返回排序後元素的下標。下面是一個使用這些函數的例子：

import numpy as np

# 創建一個一維數組
arr = np.array([3, 2, 1, 4, 5, 8, 7, 6])

# sort函數進行排序
arr_sort = np.sort(arr)
print("排序後的數組：", arr_sort)

# argsort函數返回排序後元素的下標
arr_argsort = np.argsort(arr)
print("排序後的元素下標：", arr_argsort)

六、結語

在這篇文章中，我們學習了如何使用numpy庫對數組執行各種操作，如創建、索引、切片、運算、形狀操作和排序等。這些函數和操作可以讓我們輕鬆地處理多維數組，使我們更有效地工作。