100道練習題,玩轉Numpy模塊!(上)

來源：和鯨社區https://www.kesci.com/home/project/59f29f67c5f3f5119527a2cc

Numpy 是 Python 做數據分析所必須要掌握的基礎庫之一。以下為入門 Numpy 的100題小練習，原為 github 上的開源項目，由和鯨社區的小科翻譯並整理（保留了部分原文作為參考）。受限於篇幅這裡只提供了部分題目的運行結果。友情提示：代碼雖好，自己動手才算學到。

1.導入numpy庫並簡寫為 np (★☆☆)

(提示: import … as …)

import numpy as np

2. 列印numpy的版本和配置說明 (★☆☆)

(提示: np.version, np.show_config)

print(np.__version__)
np.show_config()

3. 創建一個長度為10的空向量 (★☆☆)

(提示: np.zeros)

Z = np.zeros(10)
print(Z)

4. 如何找到任何一個數組的內存大小？(★☆☆)

(提示: size, itemsize)

Z = np.zeros((10,10))
print("%d bytes" % (Z.size * Z.itemsize))

5. 如何從命令行得到numpy中add函數的說明文檔? (★☆☆)

(提示: np.info)

numpy.info(numpy.add)

add(x1, x2, /, out=None, *, where=True, casting='same_kind', order='K', dtype=None, subok=True[, signature, extobj])

6. 創建一個長度為10並且除了第五個值為1的空向量 (★☆☆)

(提示: array[4])

Z = np.zeros(10)
Z[4] = 1
print(Z)

7. 創建一個值域範圍從10到49的向量(★☆☆)

(提示: np.arange)

Z = np.arange(10,50)
print(Z)

8. 反轉一個向量(第一個元素變為最後一個) (★☆☆)

(提示: array[::-1])

pythonZ = np.arange(50)
Z = Z[::-1]
print(Z)

9. 創建一個 3x3 並且值從0到8的矩陣(★☆☆)

(提示: reshape)

Z = np.arange(9).reshape(3,3)
print(Z)

10. 找到數組[1,2,0,0,4,0]中非0元素的位置索引 (★☆☆)

(提示: np.nonzero)

nz = np.nonzero([1,2,0,0,4,0])
print(nz)

11. 創建一個 3x3 的單位矩陣 (★☆☆)

(提示: np.eye)

Z = np.eye(3)
print(Z)

12. 創建一個 3x3x3的隨機數組 (★☆☆)

(提示: np.random.random)

Z = np.random.random((3,3,3))
print(Z)

13. 創建一個 10x10 的隨機數組並找到它的最大值和最小值 (★☆☆)

(提示: min, max)

Z = np.random.random((10,10))
Zmin, Zmax = Z.min(), Z.max()
print(Zmin, Zmax)

14. 創建一個長度為30的隨機向量並找到它的平均值 (★☆☆)

(提示: mean)

Z = np.random.random(30)
m = Z.mean()
print(m)

15. 創建一個二維數組，其中邊界值為1，其餘值為0 (★☆☆)

(提示: array[1:-1, 1:-1])

Z = np.ones((10,10))
Z[1:-1,1:-1] = 0
print(Z)

16. 對於一個存在在數組，如何添加一個用0填充的邊界? (★☆☆)

(提示: np.pad)

Z = np.ones((5,5))
Z = np.pad(Z, pad_width=1, mode='constant', constant_values=0)
print(Z)

17. 以下表達式運行的結果分別是什麼? (★☆☆)

(提示: NaN = not a number, inf = infinity)

0 * np.nan
np.nan == np.nan
np.inf > np.nan
np.nan - np.nan
0.3 == 3 * 0.1

print(0 * np.nan)
print(np.nan == np.nan)
print(np.inf > np.nan)
print(np.nan - np.nan)
print(0.3 == 3 * 0.1)

18.創建一個 5x5的矩陣，並設置值1,2,3,4落在其對角線下方位置 (★☆☆)

(提示: np.diag)

Z = np.diag(1+np.arange(4),k=-1)
print(Z)

19. 創建一個8x8 的矩陣，並且設置成棋盤樣式 (★☆☆)

(提示: array[::2])

Z = np.zeros((8,8),dtype=int)
Z[1::2,::2] = 1
Z[::2,1::2] = 1
print(Z)

20. 考慮一個 (6,7,8) 形狀的數組，其第100個元素的索引(x,y,z)是什麼?

(提示: np.unravel_index)

print(np.unravel_index(100,(6,7,8)))

21. 用tile函數去創建一個 8x8的棋盤樣式矩陣(★☆☆)

(提示: np.tile)

Z = np.tile( np.array([[0,1],[1,0]]), (4,4))
print(Z)

22. 對一個5x5的隨機矩陣做歸一化(★☆☆)

(提示: (x - min) / (max - min))

Z = np.random.random((5,5))
Zmax, Zmin = Z.max(), Z.min()
Z = (Z - Zmin)/(Zmax - Zmin)
print(Z)

23. 創建一個將顏色描述為(RGBA)四個無符號字節的自定義dtype？(★☆☆)

(提示: np.dtype)

color = np.dtype([("r", np.ubyte, 1),
                  ("g", np.ubyte, 1),
                  ("b", np.ubyte, 1),
                  ("a", np.ubyte, 1)])
color

24. 一個5x3的矩陣與一個3x2的矩陣相乘，實矩陣乘積是什麼？(★☆☆)

(提示: np.dot | @)

Z = np.dot(np.ones((5,3)), np.ones((3,2)))
print(Z)

25. 給定一個一維數組，對其在3到8之間的所有元素取反 (★☆☆)

(提示: >, <=)

Z = np.arange(11)
Z[(3 < Z) & (Z <= 8)] *= -1
print(Z)

26.下面腳本運行後的結果是什麼? (★☆☆)

(提示: np.sum)

print(sum(range(5),-1))
from numpy import *
print(sum(range(5),-1))

print(sum(range(5),-1))
from numpy import *
print(sum(range(5),-1))

27. 考慮一個整數向量Z,下列表達合法的是哪個? (★☆☆)

Z*Z2 << Z >> 2Z <- Z 1jZ Z/1/1 ZZ

Z = np.arange(5)
Z ** Z  # legal

array([  1,  1,  4,  27, 256])

Z = np.arange(5)
2 << Z >> 2  # false

array([0, 1, 2, 4, 8])

Z = np.arange(5)
Z <- Z   # legal

array([False, False, False, False, False])

Z = np.arange(5)
1j*Z   # legal

array([0.+0.j, 0.+1.j, 0.+2.j, 0.+3.j, 0.+4.j])

Z = np.arange(5)
Z/1/1   # legal

array([0., 1., 2., 3., 4.])

Z = np.arange(5)
Z<Z>Z    # false

ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

28. 下列表達式的結果分別是什麼?(★☆☆)

np.array(0) / np.array(0)
np.array(0) // np.array(0)
np.array([np.nan]).astype(int).astype(float)

print(np.array(0) / np.array(0))
print(np.array(0) // np.array(0))
print(np.array([np.nan]).astype(int).astype(float))

29. 如何從零位對浮點數組做捨入 ? (★☆☆)

(提示: np.uniform, np.copysign, np.ceil, np.abs)

Z = np.random.uniform(-10,+10,10)
print (np.copysign(np.ceil(np.abs(Z)), Z))

30. 如何找到兩個數組中的共同元素? (★☆☆)

(提示: np.intersect1d)

Z1 = np.random.randint(0,10,10)
Z2 = np.random.randint(0,10,10)
print(np.intersect1d(Z1,Z2))

31. 如何忽略所有的 numpy 警告(儘管不建議這麼做)? (★☆☆)

(提示: np.seterr, np.errstate)

# Suicide mode on
defaults = np.seterr(all="ignore")
Z = np.ones(1) / 0

# Back to sanity
_ = np.seterr(**defaults)

An equivalent way, with a context manager:

with np.errstate(divide='ignore'):
    Z = np.ones(1) / 0

32. 下面的表達式是正確的嗎? (★☆☆)

(提示: imaginary number)

np.sqrt(-1) == np.emath.sqrt(-1)

np.sqrt(-1) == np.emath.sqrt(-1)  

False

33. 如何得到昨天，今天，明天的日期? (★☆☆)

(提示: np.datetime64, np.timedelta64)

yesterday = np.datetime64('today', 'D') - np.timedelta64(1, 'D')
today     = np.datetime64('today', 'D')
tomorrow  = np.datetime64('today', 'D') + np.timedelta64(1, 'D')
print ("Yesterday is " + str(yesterday))
print ("Today is " + str(today))
print ("Tomorrow is "+ str(tomorrow))

34. 如何得到所有與2016年7月對應的日期？(★★☆)

(提示: np.arange(dtype=datetime64['D']))

Z = np.arange('2016-07', '2016-08', dtype='datetime64[D]')
print(Z)

35. 如何直接在位計算(A+B)*(-A/2)(不建立副本)? (★★☆)

(提示: np.add(out=), np.negative(out=), np.multiply(out=), np.divide(out=))

A = np.ones(3)*1
B = np.ones(3)*2
C = np.ones(3)*3
np.add(A,B,out=B)
np.divide(A,2,out=A)
np.negative(A,out=A)
np.multiply(A,B,out=A)

array([-1.5, -1.5, -1.5])

36. 用五種不同的方法去提取一個隨機數組的整數部分(★★☆)

(提示: %, np.floor, np.ceil, astype, np.trunc)

Z = np.random.uniform(0,10,10)

print (Z - Z%1)
print (np.floor(Z))
print (np.ceil(Z)-1)
print (Z.astype(int))
print (np.trunc(Z))

37. 創建一個5x5的矩陣，其中每行的數值範圍從0到4 (★★☆)

(提示: np.arange)

Z = np.zeros((5,5))
Z += np.arange(5)
print (Z)

38. 通過考慮一個可生成10個整數的函數，來構建一個數組(★☆☆)

(提示: np.fromiter)

def generate():
    for x in range(10):
        yield x
Z = np.fromiter(generate(),dtype=float,count=-1)
print (Z)

[0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.]

39. 創建一個長度為10的隨機向量，其值域範圍從0到1，但是不包括0和1 (★★☆)

(提示: np.linspace)

Z = np.linspace(0,1,11,endpoint=False)[1:]
print (Z)

40. 創建一個長度為10的隨機向量，並將其排序 (★★☆)

(提示: sort)

Z = np.random.random(10)
Z.sort()
print (Z)

41.對於一個小數組，如何用比 np.sum更快的方式對其求和？(★★☆)

(提示: np.add.reduce)

Z = np.arange(10)
np.add.reduce(Z)

42. 對於兩個隨機數組A和B，檢查它們是否相等(★★☆)

(提示: np.allclose, np.array_equal)

A = np.random.randint(0,2,5)
B = np.random.randint(0,2,5)
# Assuming identical shape of the arrays and a tolerance for the comparison of values
equal = np.allclose(A,B)
print(equal)

False

# 方法2
# Checking both the shape and the element values, no tolerance (values have to be exactly equal)
equal = np.array_equal(A,B)
print(equal)

False

43. 創建一個只讀數組(read-only) (★★☆)

(提示: flags.writeable)

# 使用如下過程實現
Z = np.zeros(10)
Z.flags.writeable = False
Z[0] = 1

44. 將笛卡爾坐標下的一個10x2的矩陣轉換為極坐標形式(★★☆)

(hint: np.sqrt, np.arctan2)

Z = np.random.random((10,2))
X,Y = Z[:,0], Z[:,1]
R = np.sqrt(X**2+Y**2)
T = np.arctan2(Y,X)
print (R)
print (T)

45. 創建一個長度為10的向量，並將向量中最大值替換為1 (★★☆)

(提示: argmax )

Z = np.random.random(10)
Z[Z.argmax()] = 0
print (Z)

46. 創建一個結構化數組，並實現 x 和 y 坐標覆蓋 [0,1]x[0,1] 區域 (★★☆)

(提示: np.meshgrid)

Z = np.zeros((5,5), [('x',float),('y',float)])
Z['x'], Z['y'] = np.meshgrid(np.linspace(0,1,5),
                             np.linspace(0,1,5))
print(Z)

47. 給定兩個數組X和Y，構造Cauchy矩陣C (Cij =1/(xi - yj))

(提示: np.subtract.outer)

X = np.arange(8)
Y = X + 0.5
C = 1.0 / np.subtract.outer(X, Y)
print(np.linalg.det(C))

48. 列印每個numpy標量類型的最小值和最大值？(★★☆)

(提示: np.iinfo, np.finfo, eps)

for dtype in [np.int8, np.int32, np.int64]:
    print(np.iinfo(dtype).min)
    print(np.iinfo(dtype).max)

for dtype in [np.float32, np.float64]:
    print(np.finfo(dtype).min)
    print(np.finfo(dtype).max)
    print(np.finfo(dtype).eps)

49. 如何列印一個數組中的所有數值? (★★☆)

(提示: np.set_printoptions)

np.set_printoptions(threshold=np.nan)
Z = np.zeros((16,16))
print (Z)

50. 給定標量時，如何找到數組中最接近標量的值？(★★☆)

(提示: argmin)

Z = np.arange(100)
v = np.random.uniform(0,100)
index = (np.abs(Z-v)).argmin()
print (Z[index])

上面的 Numpy 題型小夥伴們都用過麼，看到陌生的語法時，記得動動自己的雙手，敲敲代碼鞏固一下！

本次只選取了其中的 50 道練習題，剩下的 50 道練習題將在下次推送發出，記得持續關注哦！