NumPy的Array介紹與Matplotlib的繪圖功能

 

1. Array的基本運算:

 

適用於科學和數學運算的NumPy套件中，有一個Array的資料結構。Array是一個非常類似 list 的序列型態。

但是Array 之中的每一個元素都必須是相同型態（相同大小）的；而且Array是固定大小的，不像 Python中的List 一樣可以動態增減。

 使用NumPy套件下的array可以採用下面的用法

 

%pylab inline

my_array = array([2,3,5,4,2])

 

或是

import numpy

my_array = numpy.array([2,3,5,4,2])

 

有時候為了省事，我們也可以在引入numpy套件後，並賦予numpy一個較容易輸入的別名(例如np):

import numpy as np

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

 

接下來，我們我看array的運算:

 

Ex1: 將array中每個元素都加上1:

Fig. 01

 

Ex1: 將array中每個元素都乘上3:

Fig. 02

 

Ex2: 兩個 array的相加與相乘:

Fig. 03

 

Ex3: 兩個array的比較:

Fig. 04

 

Ex4: n rows 與m columns的array

Fig. 05

 

2.Matplotlib的繪圖功能:

當我們在指令列中使用 %pylab inline，不但可以使用 NumPy + Matplotlib, 還可以 inline 畫圖。

 

Ex1 X軸為1, 2, 3, 4，Y軸為2, 4, 6, 8，所畫出的直線(四個坐標點的連線: (1,2), (2,4), (3,6), (4,8))。

 

Fig. 06

 

Ex2: 不輸入X座標的值(預設為 0,1,2,…,99)，產生100點亂數值來畫圖:

Fig. 07

 

Ex3: 我們利用 x = linspace(0,10,100) 指令，在0~10之間均勻產生100點資料；再以 plot(x, sin(x))畫出對應的sine wave:

Fig. 08

 

Ex4: 承上題，改成用紅色的圓點 (“or”)來畫出sine wave:

Fig. 09

 

Ex5. exp(-x)* sin(x) 的圖形:

Fig. 10

 

 

Python 的控制結構

Python 的控制結構

 

1. For 迴圈:

for 迴圈的控制條件：包含初始值、讓迴圈結束的條件、更新值，其敘述語法如下:

for i in 一個list :

      程式內容

Ex1: 輸入一個[1,2,3,4,5]的list，並且求取裡面元素的平方值:

Fig. 01

Ex2: 利用range指令來產生list，作為for 迴圈的控制條件。此處range產生的元素起始值是1, 結束值是5, 且間隔是1:

Fig. 02

Ex3: 輸出1加到100的結果:

Fig. 03

將每次加之後的結果都加入一個命名為my_list的List之中:

Fig. 04

Ex4: 利用兩個for迴圈產生九九乘法表的內容:

Fig. 05

2. 選擇結構:

Python 中的 if 敘述語法格式如下
if 判斷條件1:

        要處理的指令1

elif 判斷條件2:

        要處理的指令2

elif 判斷條件3:

        要處理的指令3

else:

        要處理的指令4

 

Ex1: 我們使用input()來輸入一個數字，再使用if敘述來判斷所輸入的數字是正整數、0、或是負整數:

Fig. 06

Note: x = int (input()) 表示x這個變數取得的值為整數。

 

Ex2. 接續之前的九九乘法表，我們也可以搭配For迴圈和IF敘述來達到使得輸出結果變得整齊的目標:

 

Fig. 07

Note: print(x, end="") 可以得到不換行的輸出效果

 

Ex3: 使用者輸入溫度值(可以是實數)，輸出對應的冷熱判斷結果:

Fig. 08

 

 

3. While 迴圈:

Python有兩種迴圈敘述，分別是for 迴圈 (for loop) 與while 迴圈 (while loop)。

for 迴圈與while 迴圈之不同處在於:

while迴圈是根據某個條件是否成立(True 或 False)來決定要不要執行迴圈內的敘述，而for迴圈的控制則是限制在一個範圍之內的數值。

接下來，我們來看看 while 迴圈的語法

 

Ex1: 猜數字的遊戲。本題中，程式會先利用亂數產生器產生一個1~10之間的正整數，再由使用者輸入一個數值來進行比較。當使用者猜中亂數數值的話，則結束while迴圈。

Fig. 09

 

當然，我們也可以使用break來強制跳出while迴圈，得到同樣的程式功能:

Fig. 10