NumPy 基础知识

数据类型

数组类型之间的转换

NumPy支持比Python更多种类的数字类型。本节显示了哪些可用,以及如何修改数组的数据类型。

支持的原始类型与 C 中的原始类型紧密相关:

Numpy 的类型C 的类型描述
np.boolbool存储为字节的布尔值(True或False)
np.bytesigned char平台定义
np.ubyteunsigned char平台定义
np.shortshort平台定义
np.ushortunsigned short平台定义
np.intcint平台定义
np.uintcunsigned int平台定义
np.int_long平台定义
np.uintunsigned long平台定义
np.longlonglong long平台定义
np.ulonglongunsigned long long平台定义
np.half / np.float16半精度浮点数:符号位,5位指数,10位尾数
np.singlefloat平台定义的单精度浮点数:通常为符号位,8位指数,23位尾数
np.doubledouble平台定义的双精度浮点数:通常为符号位,11位指数,52位尾数。
np.longdoublelong double平台定义的扩展精度浮点数
np.csinglefloat complex复数,由两个单精度浮点数(实部和虚部)表示
np.cdoubledouble complex复数,由两个双精度浮点数(实部和虚部)表示。
np.clongdoublelong double complex复数,由两个扩展精度浮点数(实部和虚部)表示。

由于其中许多都具有依赖于平台的定义,因此提供了一组固定大小的别名:

Numpy 的类型C 的类型描述
np.int8int8_t字节(-128到127)
np.int16int16_t整数(-32768至32767)
np.int32int32_t整数(-2147483648至2147483647)
np.int64int64_t整数(-9223372036854775808至9223372036854775807)
np.uint8uint8_t无符号整数(0到255)
np.uint16uint16_t无符号整数(0到65535)
np.uint32uint32_t无符号整数(0到4294967295)
np.uint64uint64_t无符号整数(0到18446744073709551615)
np.intpintptr_t用于索引的整数,通常与索引相同 ssize_t
np.uintpuintptr_t整数大到足以容纳指针
np.float32float
np.float64 / np.float_double请注意,这与内置python float的精度相匹配。
np.complex64float complex复数,由两个32位浮点数(实数和虚数组件)表示
np.complex128 / np.complex_double complex请注意,这与内置python 复合体的精度相匹配。

NumPy数值类型是dtype(数据类型)对象的实例,每个对象都具有独特的特征。使用后导入NumPy

>>> import numpy as np

在dtypes可作为np.bool_np.float32等等。

上表中未列出的高级类型将在结构化数组中进行探讨。

有5种基本数字类型表示布尔值(bool),整数(int),无符号整数(uint)浮点(浮点数)和复数。名称中带有数字的那些表示该类型的位大小(即,在内存中表示单个值需要多少位)。某些类型(例如 intintp)具有不同的位,取决于平台(例如,32位与64位计算机)。在与寻址原始内存的低级代码(例如C或Fortran)连接时,应考虑这一点。

数据类型可以用作将python数转换为数组标量的函数(请参阅数组标量部分以获得解释),将python数字序列转换为该类型的数组,或作为许多numpy函数或方法接受的dtype关键字的参数。一些例子:

>>> import numpy as np
>>> x = np.float32(1.0)
>>> x
1.0
>>> y = np.int_([1,2,4])
>>> y
array([1, 2, 4])
>>> z = np.arange(3, dtype=np.uint8)
>>> z
array([0, 1, 2], dtype=uint8)

数组类型也可以通过字符代码引用,主要是为了保持与较旧的包(如Numeric)的向后兼容性。有些文档可能仍然引用这些,例如:

>>> np.array([1, 2, 3], dtype='f')
array([ 1.,  2.,  3.], dtype=float32)

我们建议使用dtype对象。

要转换数组的类型,请使用 .astype() 方法(首选)或类型本身作为函数。例如:

>>> z.astype(float)                 
array([  0.,  1.,  2.])
>>> np.int8(z)
array([0, 1, 2], dtype=int8)

注意,在上面,我们使用 Python 的 float对象作为dtype。NumPy的人都知道int是指np.int_bool意味着np.bool_,这floatnp.float_complexnp.complex_。其他数据类型没有Python等价物。

要确定数组的类型,请查看dtype属性:

>>> z.dtype
dtype('uint8')

dtype对象还包含有关类型的信息,例如其位宽和字节顺序。数据类型也可以间接用于查询类型的属性,例如它是否为整数:

>>> d = np.dtype(int)
>>> d
dtype('int32')
​
>>> np.issubdtype(d, np.integer)
True
​
>>> np.issubdtype(d, np.floating)
False

数组标量

NumPy通常将数组元素作为数组标量返回(带有关联dtype的标量)。数组标量与Python标量不同,但在大多数情况下它们可以互换使用(主要的例外是早于v2.x的Python版本,其中整数数组标量不能作为列表和元组的索引)。有一些例外,例如当代码需要标量的非常特定的属性或者它特定地检查值是否是Python标量时。通常,存在的问题很容易被显式转换数组标量到Python标量,采用相应的Python类型的功能(例如,固定的intfloatcomplexstrunicode)。

使用数组标量的主要优点是它们保留了数组类型(Python可能没有匹配的标量类型,例如int16)。因此,使用数组标量可确保数组和标量之间的相同行为,无论值是否在数组内。NumPy标量也有许多与数组相同的方法。

溢出错误

当值需要比数据类型中的可用内存更多的内存时,NumPy数值类型的固定大小可能会导致溢出错误。例如,numpy.power对于64位整数正确计算 100 * 10 * 8,但对于32位整数给出1874919424(不正确)。

>>> np.power(100, 8, dtype=np.int64)
10000000000000000
>>> np.power(100, 8, dtype=n

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