NumPy 教程

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数组

NumPy Ndarray 对象 NumPy 数据类型

创建和操作数组

NumPy 数组创建例程 NumPy 数组操作 NumPy 基于现有数据创建数组 NumPy 基于数值范围创建数组 NumPy 数组迭代 NumPy 重塑数组 NumPy 连接数组 NumPy 堆叠数组 NumPy 拆分数组 NumPy 展平数组 NumPy 转置数组

索引与切片

NumPy 索引 &切片 NumPy 索引 NumPy 切片 NumPy 高级索引 NumPy 高级索引 NumPy 字段访问 NumPy 使用布尔数组切片

数组属性与操作

NumPy 数组属性 NumPy 数组形状 NumPy 数组大小 NumPy 数组步长 NumPy 数组元素大小 NumPy 广播 NumPy 算术运算 NumPy 数组加法 NumPy 数组减法 NumPy 数组乘法 NumPy 数组除法

高级数组运算

NumPy 交换数组的轴 NumPy 字节交换 NumPy 副本和视图 NumPy 逐元素数组比较 NumPy 过滤数组 NumPy 连接数组 NumPy 排序、搜索& 计数函数 NumPy 搜索数组 NumPy 数组并集 NumPy 查找唯一行 NumPy 创建日期时间数组 NumPy 二元运算符 NumPy 字符串函数 NumPy 矩阵库 NumPy 线性代数 NumPy Matplotlib NumPy 使用 Matplotlib 绘制直方图

排序和高级操作

NumPy 数组排序 NumPy 沿轴排序 NumPy 使用花式索引进行排序 NumPy 结构化数组 NumPy 创建结构化数组 NumPy 操作结构化数组 NumPy 记录数组 NumPy 加载数组 NumPy 保存数组 NumPy 将值附加到数组 NumPy 交换列数组 NumPy 将轴插入数组

处理缺失数据

NumPy 处理缺失数据 NumPy 识别缺失值 NumPy 移除缺失数据 NumPy 插补缺失值数据

性能优化

NumPy 使用数组进行性能优化

线性代数

NumPy 线性代数 NumPy 矩阵库 NumPy 矩阵加法 NumPy 矩阵减法 NumPy 矩阵乘法 NumPy 逐元素矩阵运算 NumPy 点积 NumPy 矩阵求逆 NumPy 行列式计算 NumPy 特征值 NumPy 特征向量 NumPy 奇异值分解 NumPy 求解线性方程 NumPy 矩阵范数

元素级矩阵运算

NumPy 总和 NumPy 平均值 NumPy 中位数 NumPy 最小值 NumPy 最大值

集合运算

NumPy 唯一元素 NumPy 交集 NumPy 并集 NumPy 差集

随机数生成

NumPy 随机数生成器 NumPy 排列和重排 NumPy 均匀分布 NumPy 正态分布 NumPy 二项分布 NumPy 泊松分布 NumPy 指数分布 NumPy 瑞利分布 NumPy 逻辑分布 NumPy 帕累托分布 NumPy 使用 Seaborn 可视化分布 NumPy 多项分布 NumPy 卡方分布 NumPy Zipf 分布

文件输入 &输出

NumPy 使用 NumPy 进行 I/O NumPy 从文件读取数据 NumPy 将数据写入文件 NumPy 支持的文件格式

数学函数

NumPy 数学函数 NumPy 三角函数 NumPy 指数函数 NumPy 对数函数 NumPy 双曲函数 NumPy 舍入函数

傅里叶变换

NumPy 离散傅里叶变换 (DFT) NumPy 快速傅里叶变换 (FFT) NumPy 逆傅里叶变换 NumPy 傅里叶级数和变换 NumPy 信号处理应用 NumPy 卷积

多项式

NumPy 多项式表示 NumPy 多项式运算 NumPy 求多项式的根 NumPy 求多项式的根

统计

NumPy 统计函数 NumPy 描述性统计

日期时间函数

NumPy 日期和时间基础知识 NumPy 表示日期和时间 NumPy 日期和时间运算 NumPy 使用日期时间进行索引 NumPy 时区处理 NumPy 时间序列分析 NumPy 处理时间增量 NumPy 闰秒处理 NumPy 矢量化日期时间运算

ufunc

NumPy ufunc 简介 NumPy 创建通用函数 (ufunc) NumPy 算术通用函数 (ufunc) NumPy 小数舍入 ufunc NumPy 对数通用函数(ufunc) NumPy 求和通用函数 (ufunc) NumPy 乘积通用函数 (ufunc) NumPy 差分通用函数 (ufunc) NumPy 寻找最小公倍数 (LCM) NumPy 寻找最大公约数 (GCD) NumPy 三角函数 (ufunc) NumPy 双曲线 (ufunc) NumPy 集合运算(ufunc)

实用资源

NumPy 快速指南 NumPy 备忘单


NumPy - Matplotlib

NumPy 和 Matplotlib

NumPy 是一个用于数值计算的 Python 库,支持数组、数学函数以及对大型数据集的高效操作。

Matplotlib 是一个用于创建静态、交互式和动画可视化效果(例如绘图和图表)的 Python 库。

它们经常一起使用,因为 NumPy 生成和处理数据数组,而 Matplotlib 对其进行可视化。例如,您可以使用 NumPy 创建数据点,然后使用 Matplotlib 将其绘制为图形。

什么是 Matplotlib?

Matplotlib 是一个用于创建高质量绘图和图表的 Python 库。它高度可定制,可以生成各种类型的图表,例如线图、散点图、条形图和直方图。

Matplotlib 与 NumPy 无缝协作,让您可以轻松地可视化数值数据数组或在绘制结果之前执行操作。

设置 Matplotlib

在开始使用 Matplotlib 之前,请确保已安装该库。您可以使用 pip 安装它,如下所示 -

# 安装 Matplotlib
!pip install matplotlib

安装完成后,您可以将其与 NumPy 一起导入,开始创建可视化效果,如下所示 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

现在库已经准备就绪,让我们深入了解使用 Matplotlib 和 NumPy 可以创建的各种可视化效果。

线图

线图是最简单、最常用的可视化效果之一。它用于显示数据点之间的趋势或关系。

示例

在以下示例中,我们将使用 Matplotlib 和 NumPy 创建线图 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 使用 NumPy 生成数据
# 100 个介于 0 到 10 之间的等距点
x = np.linspace(0, 10, 100)
# 计算 x 的正弦值
y = np.sin(x)

# 创建线图
plt.plot(x, y, label='sin(x)', color='blue', linestyle='--')
plt.title('线图sin(x)')
plt.xlabel('X 轴')
plt.ylabel('Y 轴')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

我们可以看到一个线图,其中显示了一个正弦波,并带有标记轴、图例和网格,以便更好地进行可视化 -

线图

散点图

散点图用于通过显示单个数据点来显示两个变量之间的关系。它们对于识别数据中的模式、相关性或异常值非常有用。

示例

以下是创建散点图的示例,该散点图以透明绿色显示随机点 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成随机数据
x = np.random.rand(50)
y = np.random.rand(50)

# 创建散点图
plt.scatter(x, y, color='green', alpha=0.7)
plt.title('随机点散点图')
plt.xlabel('X 轴')
plt.ylabel('Y 轴')
plt.show()

我们得到如下所示的输出 -

散点图

条形图

条形图用于比较不同的类别或组。它们使用矩形条形显示数据,其中高度代表值。

示例

以下是创建条形图的示例,该图使用橙色条形显示每个类别的值 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 条形图数据
categories = ['A', 'B', 'C', 'D']
values = [10, 20, 15, 25]

# 创建条形图
plt.bar(categories, values, color='orange')
plt.title('条形图示例')
plt.xlabel('Categories')
plt.ylabel('Values')
plt.show()

获得的输出如下所示−

条形图

直方图

直方图用于可视化数据集的频率分布。它们将数据划分为区间(bin),并显示每个区间内数据点的数量。

示例

以下示例创建了一个直方图,用于显示随机生成数据的频率分布 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成随机数据
# 从正态分布中抽取 1000 个样本
data = np.random.randn(1000)

# 创建直方图
plt.hist(data, bins=30, color='purple', alpha=0.8)
plt.title('随机数据直方图')
plt.xlabel('Bins')
plt.ylabel('Frequency')
plt.show()

执行上述代码后,我们得到以下输出 −

Histogram

饼图

饼图用于将数据表示为圆形的切片,以显示比例或百分比。虽然它们并不总是用于精确比较的最佳方式,但在特定用例中,它们在视觉上很有吸引力。

示例

以下是创建饼图的示例,该饼图以百分比形式显示每种编程语言的比例 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 饼图数据
labels = ['Python', 'Java', 'C++', 'Ruby']
sizes = [50, 30, 15, 5]

# 创建饼图
plt.pie(sizes, label=labels, autopct='%1.1f%%', startangle=140)
plt.title('饼图示例')
plt.show()

生成的结果如下−

饼图

自定义 Matplotlib 可视化

Matplotlib 提供了丰富的选项来自定义您的可视化效果。您可以调整颜色、线型、标记、字体等。

示例

以下是使用不同的线型、颜色和标记创建自定义正弦波和余弦波图的示例 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 自定义线图
x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

plt.plot(x, y1, label='sin(x)', color='red', linewidth=2, marker='o')
plt.plot(x, y2, label='cos(x)', color='blue', linestyle='dotted')
plt.title('自定义线图')
plt.xlabel('X 轴')
plt.ylabel('Y 轴')
plt.legend()
plt.grid(True, linestyle='--', color='gray', alpha=0.6)
plt.show()

我们得到如下所示的输出 −

自定义 NumPy Matplotlib 可视化效果

结合使用 NumPy 和 Matplotlib

结合使用 NumPy 和 Matplotlib 可以增强您的分析和可视化工作流程。 NumPy 可用于预处理和操作数据,而 Matplotlib 可用于可视化结果。

例如,您可以使用 NumPy 生成数据转换或统计分析,然后使用 Matplotlib 进行可视化。

示例

以下是创建表示二次函数的抛物线图的示例 -

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成并可视化二次函数
x = np.linspace(-10, 10, 200)
y = x**2 - 5*x + 6

plt.plot(x, y, label='y = x^2 - 5x + 6', color='magenta')
plt.title('二次函数可视化')
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.legend()
plt.show()

得到的输出如下所示 −

NumPy Matplotlib