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Numpy闖關(guān)100題,我闖了95關(guān)。

我是小z之前寫的Pandas系列,已經(jīng)為數(shù)千個(gè)徘徊在pandas大門的小伙伴打開了一條快速上分通道:

最新的一個(gè)百度網(wǎng)盤分享下載量對(duì)于Numpy,我講的不多,因?yàn)楹蚉andas相比,他距離日常的數(shù)據(jù)處理更“遠(yuǎn)”一些。但是,Numpy仍然是Python做數(shù)據(jù)分析所必須要掌握的基礎(chǔ)庫(kù)之一,以下題是github上的開源項(xiàng)目,主要為了檢測(cè)你的Numpy能力,同時(shí)對(duì)你的學(xué)習(xí)作為一個(gè)補(bǔ)充。來(lái)源:https://github.com/rougier/numpy-100

1. 導(dǎo)入numpy庫(kù)并取別名為np (★☆☆)(提示: import … as …)

import numpy as np

2. 打印輸出numpy的版本和配置信息 (★☆☆)(提示: np.version, np.show_config)print(np.__version__)

print(np.show_config())

3. 創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)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(gè)數(shù)組的內(nèi)存大?。?★☆☆)(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(shù)的說(shuō)明文檔? (★☆☆)(提示: np.info)

import numpy

numpy.info(numpy.add)

6. 創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為10并且除了第五個(gè)值為1的空向量 (★☆☆)(提示: array[4])Z = np.zeros(10)

Z[4] = 1

print(Z)

7. 創(chuàng)建一個(gè)值域范圍從10到49的向量(★☆☆)(提示: np.arange)

Z = np.arange(10,50)

print(Z)

8.  反轉(zhuǎn)一個(gè)向量(第一個(gè)元素變?yōu)樽詈笠粋€(gè)) (★☆☆)(提示: array[::-1])Z = np.arange(50)

Z = Z[::-1]

print(Z)

9. 創(chuàng)建一個(gè) 3x3 并且值從0到8的矩陣(★☆☆)(提示: reshape)

Z = np.arange(9).reshape(3,3)

print(Z)

10. 找到數(shù)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(chuàng)建一個(gè) 3x3 的單位矩陣 (★☆☆)(提示: np.eye)

Z = np.eye(3)

print(Z)

12. 創(chuàng)建一個(gè) 3x3x3的隨機(jī)數(shù)組 (★☆☆)(提示: np.random.random)Z = np.random.random((3,3,3))

print(Z)

13. 創(chuàng)建一個(gè) 10x10 的隨機(jī)數(shù)組并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(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為30的隨機(jī)向量并找到它的平均值 (★☆☆)(提示: mean)Z = np.random.random(30)

m = Z.mean()

print(m)

15. 創(chuàng)建一個(gè)二維數(shù)組,其中邊界值為1,其余值為0 (★☆☆)(提示: array[1:-1, 1:-1])

Z = np.ones((10,10))

Z[1:-1,1:-1] = 0

print(Z)

16. 對(duì)于一個(gè)存在在數(shù)組,如何添加一個(gè)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. 下面表達(dá)式運(yùn)行的結(jié)果是什么?(★☆☆)(提示: NaN = not a number, inf = infinity)

(提示:NaN : 不是一個(gè)數(shù),inf : 無(wú)窮)

# 表達(dá)式                           # 結(jié)果

0 * np.nan                        nan

np.nan == np.nan                  False

np.inf > np.nan                   False

np.nan - np.nan                   nan

0.3 == 3 * 0.1                    False

18. 創(chuàng)建一個(gè) 5x5的矩陣,并設(shè)置值1,2,3,4落在其對(duì)角線下方位置 (★☆☆)(提示: np.diag)Z = np.diag(1+np.arange(4),k=-1)

print(Z)

19. 創(chuàng)建一個(gè)8x8 的矩陣,并且設(shè)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(gè) (6,7,8) 形狀的數(shù)組,其第100個(gè)元素的索引(x,y,z)是什么?(提示: np.unravel_index)print(np.unravel_index(100,(6,7,8)))

21. 用tile函數(shù)去創(chuàng)建一個(gè) 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(duì)一個(gè)5x5的隨機(jī)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(chuàng)建一個(gè)將顏色描述為(RGBA)四個(gè)無(wú)符號(hào)字節(jié)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(gè)5x3的矩陣與一個(gè)3x2的矩陣相乘,實(shí)矩陣乘積是什么?(★☆☆)(提示: np.dot | @)Z = np.dot(np.ones((5,3)), np.ones((3,2)))

print(Z)

25. 給定一個(gè)一維數(shù)組,對(duì)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(yùn)行后的結(jié)果是什么? (★☆☆)(提示: np.sum)# Author: Jake VanderPlas               # 結(jié)果

print(sum(range(5),-1))                 9

from numpy import *                     

print(sum(range(5),-1))                 10    #numpy.sum(a, axis=None)

27. 考慮一個(gè)整數(shù)向量Z,下列表達(dá)合法的是哪個(gè)? (★☆☆)(提示:這里還有“位運(yùn)算符”)

Z**Z                        True

2 << Z >> 2                 False

Z <- Z                      True

1j*Z                        True  #復(fù)數(shù)           

Z/1/1                       True

ZZ                       False

28. 下面表達(dá)式的結(jié)果分別是什么?(★☆☆)np.array(0) / np.array(0)                           nan

np.array(0) // np.array(0)                          0

np.array([np.nan]).astype(int).astype(float)        -2.14748365e+09

29. 如何從零位開始舍入浮點(diǎn)數(shù)組?(★☆☆)(提示: np.uniform, np.copysign, np.ceil, np.abs)

# Author: Charles R Harris

Z = np.random.uniform(-10,+10,10)

print (np.copysign(np.ceil(np.abs(Z)), Z))

30. 如何找出兩個(gè)數(shù)組公共的元素? (★☆☆)(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(盡管不建議這么做)? (★☆☆)(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)

# 另一個(gè)等價(jià)的方式, 使用上下文管理器(context manager)

with np.errstate(divide='ignore'):

Z = np.ones(1) / 0

32. 下面的表達(dá)式是否為真? (★☆☆)(提示: 虛數(shù))np.sqrt(-1) == np.emath.sqrt(-1)     Faslse

33. 如何獲得昨天,今天和明天的日期? (★☆☆)(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')

34. 怎么獲得所有與2016年7月的所有日期? (★★☆)(提示: np.arange(dtype=datetime64['D']))Z = np.arange('2016-07', '2016-08', dtype='datetime64[D]')

print (Z)

35. 如何計(jì)算 ((A+B)*(-A/2)) (不使用中間變量)? (★★☆)(提示: np.add(out=), np.negative(out=), np.multiply(out=), np.divide(out=))

A = np.ones(3) * 1

B = np.ones(3) * 1

C = np.ones(3) * 1

np.add(A, B, out=B)

np.divide(A, 2, out=A)

np.negative(A, out=A)

np.multiply(A, B, out=A)

36. 用5種不同的方法提取隨機(jī)數(shù)組中的整數(shù)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.cell(Z)-1)

print (Z.astype(int))

print (np.trunc(Z))

37. 創(chuàng)建一個(gè)5x5的矩陣且每一行的值范圍為從0到4 (★★☆)(提示: np.arange)

Z = np.zeros((5, 5))

Z += np.arange(5)

print (Z)

38. 如何用一個(gè)生成10個(gè)整數(shù)的函數(shù)來(lái)構(gòu)建數(shù)組 (★☆☆)(提示: np.fromiter)def generate():

for x in range(10):

yield x

Z = np.fromiter(generate(), dtype=float, count=-1)

print (Z)

39. 創(chuàng)建一個(gè)大小為10的向量, 值域?yàn)?到1,不包括0和1 (★★☆)(提示: np.linspace)

Z = np.linspace(0, 1, 12, endpoint=True)[1: -1]

print (Z)

40. 創(chuàng)建一個(gè)大小為10的隨機(jī)向量,并把它排序 (★★☆)(提示: sort)Z = np.random.random(10)

Z.sort()

print (Z)

41.  對(duì)一個(gè)小數(shù)組進(jìn)行求和有沒(méi)有辦法比np.sum更快? (★★☆)(提示: np.add.reduce)

# Author: Evgeni Burovski

Z = np.arange(10)

np.add.reduce(Z)

# np.add.reduce 是numpy.add模塊中的一個(gè)ufunc(universal function)函數(shù),C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

42. 如何判斷兩和隨機(jī)數(shù)組相等 (★★☆)(提示: np.allclose, np.array_equal)A = np.random.randint(0, 2, 5)

B = np.random.randint(0, 2, 5)

# 假設(shè)array的形狀(shape)相同和一個(gè)誤差容限(tolerance)

equal = np.allclose(A,B)

print(equal)

# 檢查形狀和元素值,沒(méi)有誤差容限(值必須完全相等)

equal = np.array_equal(A,B)

print(equal)

43. 把數(shù)組變?yōu)橹蛔x (★★☆)(提示: flags.writeable)

Z = np.zeros(5)

Z.flags.writeable = False

Z[0] = 1

44. 將一個(gè)10x2的笛卡爾坐標(biāo)矩陣轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo) (★★☆)(提示: 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(chuàng)建一個(gè)大小為10的隨機(jī)向量并且將該向量中最大的值替換為0(★★☆)(提示: argmax)

Z = np.random.random(10)

Z[Z.argmax()] = 0

print (Z)

46. 創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)化數(shù)組,其中x和y坐標(biāo)覆蓋[0, 1]x[1, 0]區(qū)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(gè)數(shù)組X和Y,構(gòu)造柯西(Cauchy)矩陣C () (★★☆)(提示: np.subtract.outer)

# Author: Evgeni Burovski

X = np.arange(8)

Y = X + 0.5

C = 1.0 / np.subtract.outer(X, Y)

print (C)

print(np.linalg.det(C)) # 計(jì)算行列式

48. 打印每個(gè)numpy 類型的最小和最大可表示值 (★★☆)(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. 如何打印數(shù)組中所有的值?(★★☆)(提示: np.set_printoptions)

np.set_printoptions(threshold=np.nan)

Z = np.zeros((16,16))

print(Z)

50. 如何在數(shù)組中找到與給定標(biāo)量接近的值? (★★☆)(提示: argmin)Z = np.arange(100)

v = np.random.uniform(0, 100)

index = (np.abs(Z-v)).argmin()

print(Z[index])

51. 創(chuàng)建表示位置(x, y)和顏色(r, g, b, a)的結(jié)構(gòu)化數(shù)組 (★★☆)(提示: dtype)

Z = np.zeros(10, [('position', [('x', float, 1), 

('y', float, 1)]),

('color',    [('r', float, 1), 

('g', float, 1), 

('b', float, 1)])])

print (Z)

52. 思考形狀為(100, 2)的隨機(jī)向量,求出點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離 (★★☆)(提示: np.atleast_2d, T, np.sqrt)Z = np.random.random((100, 2))

X, Y = np.atleast_2d(Z[:, 0], Z[:, 1])

D = np.sqrt((X-X.T)**2 + (Y-Y.T)**2)

print (D)

# 使用scipy庫(kù)可以更快

import scipy.spatial

Z = np.random.random((100,2))

D = scipy.spatial.distance.cdist(Z,Z)

print(D)

53. 如何將類型為float(32位)的數(shù)組類型轉(zhuǎn)換位integer(32位)? (★★☆)(提示: astype(copy=False))

Z = np.arange(10, dtype=np.int32)

Z = Z.astype(np.float32, copy=False)

print(Z)

54. 如何讀取下面的文件? (★★☆)(提示: np.genfromtxt)1, 2, 3, 4, 5

6,  ,  , 7, 8

,  , 9,10,11

# 先把上面保存到文件example.txt中

# 這里不使用StringIO, 因?yàn)镻ython2 和Python3 在這個(gè)地方有兼容性問(wèn)題

Z = np.genfromtxt('example.txt', delimiter=',')  

print(Z)

55. numpy數(shù)組枚舉(enumerate)的等價(jià)操作? (★★☆)(提示: np.ndenumerate, np.ndindex)

Z = np.arange(9).reshape(3,3)

for index, value in np.ndenumerate(Z):

print(index, value)

for index in np.ndindex(Z.shape):

print(index, Z[index])

56. 構(gòu)造一個(gè)二維高斯矩陣(★★☆)(提示: np.meshgrid, np.exp)X, Y = np.meshgrid(np.linspace(-1, 1, 10), np.linspace(-1, 1, 10))

D = np.sqrt(X**2 + Y**2)

sigma, mu = 1.0, 0.0

G = np.exp(-( (D-mu)**2 / (2.0*sigma**2) ))

print (G)

57. 如何在二維數(shù)組的隨機(jī)位置放置p個(gè)元素? (★★☆)(提示: np.put, np.random.choice)

# Author: Divakar

n = 10

p = 3

Z = np.zeros((n,n))

np.put(Z, np.random.choice(range(n*n), p, replace=False),1)

print(Z)

58. 減去矩陣每一行的平均值 (★★☆)(提示: mean(axis=,keepdims=))# Author: Warren Weckesser

X = np.random.rand(5, 10)

# 新

Y = X - X.mean(axis=1, keepdims=True)

# 舊

Y = X - X.mean(axis=1).reshape(-1, 1)

print(Y)

59. 如何對(duì)數(shù)組通過(guò)第n列進(jìn)行排序? (★★☆)(提示: argsort)

# Author: Steve Tjoa

Z = np.random.randint(0,10,(3,3))

print(Z)

print(Z[ Z[:,1].argsort() ])

60. 如何判斷一個(gè)給定的二維數(shù)組存在空列? (★★☆)(提示: any, ~)# Author: Warren Weckesser

Z = np.random.randint(0,3,(3,10))

print((~Z.any(axis=0)).any())

61. 從數(shù)組中找出與給定值最接近的值 (★★☆)(提示: np.abs, argmin, flat)

Z = np.random.uniform(0,1,10)

z = 0.5

m = Z.flat[np.abs(Z - z).argmin()]

print(m)

62. 思考形狀為(1, 3)和(3, 1)的兩個(gè)數(shù)組形狀,如何使用迭代器計(jì)算它們的和? (★★☆)(提示: np.nditer)A = np.arange(3).reshape(3, 1)

B = np.arange(3).reshape(1, 3)

it = np.nditer([A, B, None])

for x, y, z in it:

z[...] = x + y

print (it.operands[2])

63. 創(chuàng)建一個(gè)具有name屬性的數(shù)組類 (★★☆)(提示: class method)

class NameArray(np.ndarray):

def __new__(cls, array, name='no name'):

obj = np.asarray(array).view(cls)

obj.name = name

return obj

def __array_finalize__(self, obj):

if obj is None: return

self.info = getattr(obj, 'name', 'no name')

Z = NameArray(np.arange(10), 'range_10')

print (Z.name)

64. 給定一個(gè)向量,如何讓在第二個(gè)向量索引的每個(gè)元素加1(注意重復(fù)索引)? (★★★)(提示: np.bincount | np.add.at)# Author: Brett Olsen

Z = np.ones(10)

I = np.random.randint(0,len(Z),20)

Z += np.bincount(I, minlength=len(Z))

print(Z)

# Another solution

# Author: Bartosz Telenczuk

np.add.at(Z, I, 1)

print(Z)

65. 如何根據(jù)索引列表I將向量X的元素累加到數(shù)組F? (★★★)(提示: np.bincount)

# Author: Alan G Isaac

X = [1,2,3,4,5,6]

I = [1,3,9,3,4,1]

F = np.bincount(I,X)

print(F)

66. 思考(dtype = ubyte)的(w, h, 3)圖像,計(jì)算唯一顏色的值(★★★)(提示: np.unique)# Author: Nadav Horesh

w,h = 16,16

I = np.random.randint(0,2,(h,w,3)).astype(np.ubyte)

F = I[...,0]*256*256 + I[...,1]*256 +I[...,2]

n = len(np.unique(F))

print(np.unique(I))

67. 思考如何求一個(gè)四維數(shù)組最后兩個(gè)軸的數(shù)據(jù)和(★★★)(提示: sum(axis=(-2,-1)))

A = np.random.randint(0,10,(3,4,3,4))

# 傳遞一個(gè)元組(numpy 1.7.0)

sum = A.sum(axis=(-2,-1))

print(sum)

# 將最后兩個(gè)維度壓縮為一個(gè)

# (適用于不接受軸元組參數(shù)的函數(shù))

sum = A.reshape(A.shape[:-2] + (-1,)).sum(axis=-1)

print(sum)

68. 考慮一維向量D,如何使用相同大小的向量S來(lái)計(jì)算D的子集的均值,其描述子集索引?(★★★)(提示: np.bincount)# Author: Jaime Fernández del Río

D = np.random.uniform(0,1,100)

S = np.random.randint(0,10,100)

D_sums = np.bincount(S, weights=D)

D_counts = np.bincount(S)

D_means = D_sums / D_counts

print(D_means)

# Pandas solution as a reference due to more intuitive code

import pandas as pd

print(pd.Series(D).groupby(S).mean())

69. 如何獲得點(diǎn)積的對(duì)角線?(★★★)(提示: np.diag)

# Author: Mathieu Blondel

A = np.random.uniform(0,1,(5,5))

B = np.random.uniform(0,1,(5,5))

# Slow version  

np.diag(np.dot(A, B))

# Fast version

np.sum(A * B.T, axis=1)

# Faster version

np.einsum('ij,ji->i', A, B)

70.考慮向量[1,2,3,4,5],如何建立一個(gè)新的向量,在每個(gè)值之間交錯(cuò)有3個(gè)連續(xù)的零?(★★★)(提示: array[::4])# Author: Warren Weckesser

Z = np.array([1,2,3,4,5])

nz = 3

Z0 = np.zeros(len(Z) + (len(Z)-1)*(nz))

Z0[::nz+1] = Z

print(Z0)

71. 考慮一個(gè)維度(5,5,3)的數(shù)組,如何將其與一個(gè)(5,5)的數(shù)組相乘?(★★★)(提示: array[:, :, None])

A = np.ones((5,5,3))

B = 2*np.ones((5,5))

print(A * B[:,:,None])

72. 如何對(duì)一個(gè)數(shù)組中任意兩行做交換? (★★★)(提示: array[[]] = array[[]])# Author: Eelco Hoogendoorn

A = np.arange(25).reshape(5,5)

A[[0,1]] = A[[1,0]]

print(A)

73. 思考描述10個(gè)三角形(共享頂點(diǎn))的一組10個(gè)三元組,找到組成所有三角形的唯一線段集 (★★★)(提示: repeat, np.roll, np.sort, view, np.unique)

# Author: Nicolas P. Rougier

faces = np.random.randint(0,100,(10,3))

F = np.roll(faces.repeat(2,axis=1),-1,axis=1)

F = F.reshape(len(F)*3,2)

F = np.sort(F,axis=1)

G = F.view( dtype=[('p0',F.dtype),('p1',F.dtype)] )

G = np.unique(G)

print(G)

74. 給定一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)組C,如何生成一個(gè)數(shù)組A滿足np.bincount(A)==C? (★★★)(提示: np.repeat)# Author: Jaime Fernández del Río

C = np.bincount([1,1,2,3,4,4,6])

A = np.repeat(np.arange(len(C)), C)

print(A)

75. 如何通過(guò)滑動(dòng)窗口計(jì)算一個(gè)數(shù)組的平均數(shù)? (★★★)(提示: np.cumsum)

# Author: Jaime Fernández del Río

def moving_average(a, n=3) :

ret = np.cumsum(a, dtype=float)

ret[n:] = ret[n:] - ret[:-n]

return ret[n - 1:] / n

Z = np.arange(20)

print(moving_average(Z, n=3))

76. 思考以為數(shù)組Z,構(gòu)建一個(gè)二維數(shù)組,其第一行是(Z[0],Z[1],Z[2]), 然后每一行移動(dòng)一位,最后一行為 (Z[-3],Z[-2],Z[-1]) (★★★)(提示: from numpy.lib import stride_tricks)# Author: Joe Kington / Erik Rigtorp

from numpy.lib import stride_tricks

def rolling(a, window):

shape = (a.size - window + 1, window)

strides = (a.itemsize, a.itemsize)

return stride_tricks.as_strided(a, shape=shape, strides=strides)

Z = rolling(np.arange(10), 3)

print(Z)

77. 如何對(duì)布爾值取反,或改變浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)(sign)? (★★★)(提示: np.logical_not, np.negative)

# Author: Nathaniel J. Smith

Z = np.random.randint(0,2,100)

np.logical_not(Z, out=Z)

Z = np.random.uniform(-1.0,1.0,100)

np.negative(Z, out=Z)

78. 思考兩組點(diǎn)集P0和P1去描述一組線(二維)和一個(gè)點(diǎn)p,如何計(jì)算點(diǎn)p到每一條線 i (P0[i],P1[i])的距離?(★★★)def distance(P0, P1, p):

T = P1 - P0

L = (T**2).sum(axis=1)

U = -((P0[:,0]-p[...,0])*T[:,0] + (P0[:,1]-p[...,1])*T[:,1]) / L

U = U.reshape(len(U),1)

D = P0 + U*T - p

return np.sqrt((D**2).sum(axis=1))

P0 = np.random.uniform(-10,10,(10,2))

P1 = np.random.uniform(-10,10,(10,2))

p  = np.random.uniform(-10,10,( 1,2))

print(distance(P0, P1, p))

79. 考慮兩組點(diǎn)集P0和P1去描述一組線(二維)和一組點(diǎn)集P,如何計(jì)算每一個(gè)點(diǎn) j(P[j]) 到每一條線 i (P0[i],P1[i])的距離? (★★★)

# Author: Italmassov Kuanysh

# based on distance function from previous question

P0 = np.random.uniform(-10, 10, (10,2))

P1 = np.random.uniform(-10,10,(10,2))

p = np.random.uniform(-10, 10, (10,2))

print(np.array([distance(P0,P1,p_i) for p_i in p]))

80. 思考一個(gè)任意的數(shù)組,編寫一個(gè)函數(shù),該函數(shù)提取一個(gè)具有固定形狀的子部分,并以一個(gè)給定的元素為中心(在該部分填充值) (★★★)(提示: minimum, maximum)# Author: Nicolas Rougier

Z = np.random.randint(0,10,(10,10))

shape = (5,5)

fill  = 0

position = (1,1)

R = np.ones(shape, dtype=Z.dtype)*fill

P  = np.array(list(position)).astype(int)

Rs = np.array(list(R.shape)).astype(int)

Zs = np.array(list(Z.shape)).astype(int)R_start = np.zeros((len(shape),)).astype(int)

R_stop  = np.array(list(shape)).astype(int)

Z_start = (P-Rs//2)

Z_stop  = (P+Rs//2)+Rs%2

R_start = (R_start - np.minimum(Z_start,0)).tolist()

Z_start = (np.maximum(Z_start,0)).tolist()

R_stop = np.maximum(R_start, (R_stop - np.maximum(Z_stop-Zs,0))).tolist()

Z_stop = (np.minimum(Z_stop,Zs)).tolist()

r = [slice(start,stop) for start,stop in zip(R_start,R_stop)]

z = [slice(start,stop) for start,stop in zip(Z_start,Z_stop)]

R[r] = Z[z]

print(Z)

print(R)

81. 考慮一個(gè)數(shù)組Z = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14],如何生成一個(gè)數(shù)組R = [[1,2,3,4], [2,3,4,5], [3,4,5,6], ...,[11,12,13,14]]? (★★★)(提示: stride_tricks.as_strided)

# Author: Stefan van der Walt

Z = np.arange(1,15,dtype=np.uint32)

R = stride_tricks.as_strided(Z,(11,4),(4,4))

print(R)

82. 計(jì)算矩陣的秩 (★★★)(提示: np.linalg.svd)# Author: Stefan van der Walt

Z = np.random.uniform(0,1,(10,10))

U, S, V = np.linalg.svd(Z) # Singular Value Decomposition

rank = np.sum(S > 1e-10)

print(rank)

83. 如何找出數(shù)組中出現(xiàn)頻率最高的值?(★★★)(提示: np.bincount, argmax)

Z = np.random.randint(0,10,50)

print(np.bincount(Z).argmax())

84. 從一個(gè)10x10的矩陣中提取出連續(xù)的3x3區(qū)塊(★★★)(提示: stride_tricks.as_strided)# Author: Chris Barker

Z = np.random.randint(0,5,(10,10))

n = 3

i = 1 + (Z.shape[0]-3)

j = 1 + (Z.shape[1]-3)

C = stride_tricks.as_strided(Z, shape=(i, j, n, n), strides=Z.strides + Z.strides)

print(C)

85.創(chuàng)建一個(gè)滿足 Z[i,j] == Z[j,i]的二維數(shù)組子類 (★★★)(提示: class method)

# Author: Eric O. Lebigot

# Note: only works for 2d array and value setting using indices

class Symetric(np.ndarray):

def __setitem__(self, index, value):

i,j = index

super(Symetric, self).__setitem__((i,j), value)

super(Symetric, self).__setitem__((j,i), value)

def symetric(Z):

return np.asarray(Z + Z.T - np.diag(Z.diagonal())).view(Symetric)

S = symetric(np.random.randint(0,10,(5,5)))

S[2,3] = 42

print(S)

86. 考慮p個(gè) nxn 矩陣和一組形狀為(n,1)的向量,如何直接計(jì)算p個(gè)矩陣的乘積(n,1)? (★★★)(提示: np.tensordot)# Author: Stefan van der Walt

p, n = 10, 20

M = np.ones((p,n,n))

V = np.ones((p,n,1))

S = np.tensordot(M, V, axes=[[0, 2], [0, 1]])

print(S)

# It works, because:

# M is (p,n,n)

# V is (p,n,1)

# Thus, summing over the paired axes 0 and 0 (of M and V independently),

# and 2 and 1, to remain with a (n,1) vector.

87. 對(duì)于一個(gè)16x16的數(shù)組,如何得到一個(gè)區(qū)域的和(區(qū)域大小為4x4)? (★★★)(提示: np.add.reduceat)

# Author: Robert Kern

Z = np.ones((16,16))

k = 4

S = np.add.reduceat(np.add.reduceat(Z, np.arange(0, Z.shape[0], k), axis=0), np.arange(0, Z.shape[1], k), axis=1)

print(S)

88. 如何利用numpy數(shù)組實(shí)現(xiàn)Game of Life? (★★★)(提示: Game of Life , Game of Life有哪些圖形?)# Author: Nicolas Rougier

def iterate(Z):

# Count neighbours

N = (Z[0:-2,0:-2] + Z[0:-2,1:-1] + Z[0:-2,2:] +

Z[1:-1,0:-2]                + Z[1:-1,2:] +

Z[2:  ,0:-2] + Z[2:  ,1:-1] + Z[2:  ,2:])

# Apply rules

birth = (N==3) & (Z[1:-1,1:-1]==0)

survive = ((N==2) | (N==3)) & (Z[1:-1,1:-1]==1)

Z[...] = 0

Z[1:-1,1:-1][birth | survive] = 1

return Z

Z = np.random.randint(0,2,(50,50))

for i in range(100): Z = iterate(Z)

print(Z)

89. 如何找到一個(gè)數(shù)組的第n個(gè)最大值? (★★★)(提示: np.argsort | np.argpartition)

Z = np.arange(10000)

np.random.shuffle(Z)

n = 5

# Slow

print (Z[np.argsort(Z)[-n:]])

# Fast

print (Z[np.argpartition(-Z,n)[:n]])

90. 給定任意個(gè)數(shù)向量,創(chuàng)建笛卡爾積(每一個(gè)元素的每一種組合) (★★★)(提示: np.indices)# Author: Stefan Van der Walt

def cartesian(arrays):

arrays = [np.asarray(a) for a in arrays]

shape = (len(x) for x in arrays)

ix = np.indices(shape, dtype=int)

ix = ix.reshape(len(arrays), -1).T

for n, arr in enumerate(arrays):

ix[:, n] = arrays[n][ix[:, n]]

return ix

print (cartesian(([1, 2, 3], [4, 5], [6, 7])))

91. 如何從一個(gè)常規(guī)數(shù)組中創(chuàng)建記錄數(shù)組(record array)? (★★★)(提示: np.core.records.fromarrays)

Z = np.array([('Hello', 2.5, 3),

('World', 3.6, 2)])

R = np.core.records.fromarrays(Z.T, 

names='col1, col2, col3',

formats = 'S8, f8, i8')

print(R)

92. 思考一個(gè)大向量Z, 用三種不同的方法計(jì)算它的立方 (★★★)(提示: np.power, *, np.einsum)# Author: Ryan G.

x = np.random.rand(5e7)

%timeit np.power(x,3)

%timeit x*x*x

%timeit np.einsum('i,i,i->i',x,x,x)

93. 考慮兩個(gè)形狀分別為(8,3) 和(2,2)的數(shù)組A和B. 如何在數(shù)組A中找到滿足包含B中元素的行?(不考慮B中每行元素順序)?(★★★)(提示: np.where)

# Author: Gabe Schwartz

A = np.random.randint(0,5,(8,3))

B = np.random.randint(0,5,(2,2))

C = (A[..., np.newaxis, np.newaxis] == B)

rows = np.where(C.any((3,1)).all(1))[0]

print(rows)

94. 思考一個(gè)10x3的矩陣,如何分解出有不全相同值的行 (如 [2,2,3]) (★★★)# Author: Robert Kern

Z = np.random.randint(0,5,(10,3))

print(Z)

# solution for arrays of all dtypes (including string arrays and record arrays)

E = np.all(Z[:,1:] == Z[:,:-1], axis=1)

U = Z[~E]

print(U)

# soluiton for numerical arrays only, will work for any number of columns in Z

U = Z[Z.max(axis=1) != Z.min(axis=1),:]

print(U)

95. 將一個(gè)整數(shù)向量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制矩陣 (★★★)(提示: np.unpackbits)

# Author: Warren Weckesser

I = np.array([0, 1, 2, 3, 15, 16, 32, 64, 128])

B = ((I.reshape(-1,1) & (2**np.arange(8))) != 0).astype(int)

print(B[:,::-1])

# Author: Daniel T. McDonald

I = np.array([0, 1, 2, 3, 15, 16, 32, 64, 128], dtype=np.uint8)

print(np.unpackbits(I[:, np.newaxis], axis=1))

96. 給定一個(gè)二維數(shù)組,如何提取出唯一的行?(★★★)(提示: np.ascontiguousarray)# Author: Jaime Fernández del Río

Z = np.random.randint(0,2,(6,3))

T = np.ascontiguousarray(Z).view(np.dtype((np.void, Z.dtype.itemsize * Z.shape[1])))

_, idx = np.unique(T, return_index=True)

uZ = Z[idx]

print(uZ)

97. 考慮兩個(gè)向量A和B,寫出用einsum等式對(duì)應(yīng)的inner, outer, sum, mul函數(shù) (★★★)(提示: np.einsum)

# Author: Alex Riley

# Make sure to read: http://ajcr.net/Basic-guide-to-einsum/

A = np.random.uniform(0,1,10)

B = np.random.uniform(0,1,10)

np.einsum('i->', A)       # np.sum(A)

np.einsum('i,i->i', A, B) # A * B

np.einsum('i,i', A, B)    # np.inner(A, B)

np.einsum('i,j->ij', A, B)    # np.outer(A, B)

98. 考慮一個(gè)由兩個(gè)向量描述的路徑(X,Y),如何用等距樣例(equidistant samples)對(duì)其進(jìn)行采樣(sample)(★★★)?(提示: np.cumsum, np.interp)# Author: Bas Swinckels

phi = np.arange(0, 10*np.pi, 0.1)

a = 1

x = a*phi*np.cos(phi)

y = a*phi*np.sin(phi)

dr = (np.diff(x)**2 + np.diff(y)**2)**.5 # segment lengths

r = np.zeros_like(x)

r[1:] = np.cumsum(dr)                # integrate path

r_int = np.linspace(0, r.max(), 200) # regular spaced path

x_int = np.interp(r_int, r, x)       # integrate path

y_int = np.interp(r_int, r, y)

99. 給定一個(gè)整數(shù)n 和一個(gè)二維數(shù)組X,從X中選擇可以被解釋為從多n度的多項(xiàng)分布式的行,即這些行只包含整數(shù)對(duì)n的和. (★★★)(提示: np.logical_and.reduce, np.mod)

# Author: Evgeni Burovski

X = np.asarray([[1.0, 0.0, 3.0, 8.0],

[2.0, 0.0, 1.0, 1.0],

[1.5, 2.5, 1.0, 0.0]])

n = 4

M = np.logical_and.reduce(np.mod(X, 1) == 0, axis=-1)

M &= (X.sum(axis=-1) == n)

print(X[M])

100. 對(duì)于一個(gè)一維數(shù)組X,計(jì)算它boostrapped之后的95%置信區(qū)間的平均值. (★★★)(提示: np.percentile)# Author: Jessica B. Hamrick

X = np.random.randn(100) # random 1D array

N = 1000 # number of bootstrap samples

idx = np.random.randint(0, X.size, (N, X.size))

means = X[idx].mean(axis=1)

confint = np.percentile(means, [2.5, 97.5])

print(confint)

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