NumPy(Numeric Python)是Python在進行數據分析時，可以使用的一個Package，適用於數值計算、矩陣運算、數學函數等。

NumPy 主要功能

1. ndarray：
   nd指的是n維的array(n-dimension array)，可以用來存儲同類型的數據，並進行數學運算。
   ndarray 中的所有元素必須是相同的數據類型!
2. 數學運算：
   NumPy 提供了大量的數學函數，例如加法、減法、乘法、除法、指數、對數等。這些運算都是基於 ndarray 的元素進行的。
3. 隨機數生成：
   NumPy 的 random 模塊可以用來生成隨機數、隨機樣本，這在機器學習和統計分析中非常有用。
4. 數據處理：
   提供了對數組的各種處理功能，如形狀變換（reshape）、切片（slice）、索引（indexing）等。

基本用法

1. 創建一組數據：

• import numpy package

import numpy as np

• 從列表創建數組

arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr)
# 輸出：[1 2 3 4 5]

• 創建指定範圍的數組

range_arr = np.arange(10)
print(range_arr)
# 輸出：[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

• 創建指定範圍內的等間距數組

linspace_arr = np.linspace(0, 1, 5)
print(linspace_arr)
# 輸出：[0.   0.25 0.5  0.75 1.  ]

• 創建全零數組

zeros = np.zeros((3, 4))
print(zeros)
# 輸出：
[[0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0.]
 [0. 0. 0. 0.]]

基本操作

arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])

• 數組的形狀

print(arr.shape)
# 輸出：(5,) =>這裡的 (5,) 表示這是一個只有一維的數組，維度大小為 5。

• 數組的數據類型

print(arr.dtype)
# 輸出：int64 => int64 是整數（integer）的一種

• 計算數組的和

print(np.sum(arr))
# 輸出：15 

• 計算數組的平均值

print(np.mean(arr))
# 輸出：3.0

• 計算數組的標準差

print(np.std(arr))
# 輸出：1.4142135623730951

數學運算

• 元素級別的運算

arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
arr2 = np.array([5, 4, 3, 2, 1])
print(arr + arr2)  # 加法
print(arr * arr2)  # 乘法
#輸出：
[6 6 6 6 6]
[5 8 9 8 5]

• 矩陣運算

mat1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
mat2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])
print(np.dot(mat1, mat2))  # 矩陣乘法
#輸出：
[[19 22]
 [43 50]]
# C11 = (1×5)+(2×7)=5+14=19

4. 隨機數生成：

• 生成隨機數

rand_arr = np.random.rand(3, 3)
print(rand_arr)
#輸出：
[[0.22255929 0.12764158 0.78796942]
 [0.20198989 0.55306197 0.7436789 ]
 [0.04384077 0.90511024 0.57501742]]

• 生成隨機整數

randint_arr = np.random.randint(1, 10, size=(3, 3))
print(randint_arr)
#輸出：
[[7 8 4]
 [1 8 6]
 [1 5 7]]