Numpy第2练：6种方法创建一维布尔数组，哪个更适合你？

作者: GeekAI | 来源:发表于2024-03-08 22:05 被阅读0次

<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/b7d7ca19d02d00b6.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":56033,"width":640,"height":360,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><h1>一维布尔数组的8大应用场景</h1>在Python中创建布尔数组是一项非常简单的工作，但任何一项工作都有其适用的场景，就目前来看，在数据处理和分析中，布尔型数组非常适用于条件表示、数值过滤与选择、以及基于条件的计算，具体示例场景如下：1. 条件筛选 在数据分析和处理中，常常需要基于一定的条件筛选出满足条件的数据子集。布尔数组可以作为索引直接用于筛选。例如，在Pandas中，可以使用布尔数组来筛选DataFrame中满足特定条件的行或列。2. 数据清洗 在处理实际问题中的数据时，数据清洗是一个常见的步骤。通过创建布尔数组来标记数据中的异常值、缺失值或特定的数据模式，可以方便地进行进一步的处理，如替换或删除这些值。3. 特征工程 在机器学习中，特征工程是提高模型性能的关键步骤之一。布尔数组可以用来创建或修改特征，比如通过应用多个条件判断来标记数据点是否属于特定的分类或群组。4. 掩码操作 在NumPy等科学计算库中，布尔数组常用作掩码（mask）来选择或屏蔽数组的特定部分。这种方法在图像处理、信号处理等领域尤其有用，可以用于过滤、去噪、特征提取等操作。5. 逻辑运算 布尔数组可以用于执行逻辑运算，如逻辑与（AND）、逻辑或（OR）、逻辑非（NOT）等。这对于根据多个条件进行复杂的数据筛选和处理非常有用。6. 快速统计和判断 布尔数组还可以用于进行快速的统计计算，如计算某个条件满足的元素数量（通过将布尔数组传递给sum函数），或判断是否存在满足条件的元素（使用any或all函数）。7. 索引和切片 在高维数据处理时，布尔数组可用于索引和切片操作，从而选择或修改满足特定条件的数据子集。这对于处理多维数组，如时间序列数据、空间数据等，特别有用。8. 与其他数据结构结合 布尔数组不仅可以与NumPy数组结合使用，还可以与Pandas的DataFrame或Series等数据结构结合，实现复杂的数据操作和分析。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/8c611e6bc43ad08f.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":72485,"width":640,"height":366,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><h1>1. 使用Python原生列表推导式</h1>原生Python的列表推导式提供了一种非常灵活的方式来创建布尔数组。比如，我们想要创建一个长度为10，其中偶数位置为True，奇数位置为False的布尔数组。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/cdb394c08f6ac5b0.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":10873,"width":640,"height":128,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：适合在不需要引入外部库的情况下，对较小的数据集进行简单的条件判断。优点：不依赖于外部库，代码直观易懂。 缺点：在处理大规模数据时效率不高，因为列表推导式不如NumPy等库针对大数组操作进行了优化。<h1>2. 利用NumPy库</h1>NumPy是Python中处理数组的基础库，它提供了直接创建布尔数组的方法。使用numpy.full函数，我们可以很容易地创建一个具有指定大小和布尔值的数组。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/7198990082aeb38d.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":25153,"width":640,"height":416,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：适合于需要高性能计算且数据规模较大的数值数据处理任务。优点：NumPy内部采用C语言编写，能够提供高效的数组操作性能。支持广播和矢量化计算，使代码更简洁。 缺点：需要学习和理解NumPy的操作和语法，对于Python初学者可能有一定的学习曲线。<h1>题外话：full可以创建True与False交替的数组吗</h1>NumPy的full函数主要用于创建一个给定形状和类型的新数组，并用指定的值填充它。使用full函数直接创建一个交替填充True和False值的数组是不可行的，因为full函数要求填充值是统一的。例如，你可以创建一个全部为True或全部为False的数组，但不能直接创建一个交替为True和False的数组。如果你想创建一个交替为True和False的数组，你可以使用其他NumPy函数，比如使用arange（上图已有示例）或zeros配合条件表达式来实现。下面是一个示例，展示如何创建一个交替为True和False的数组：<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/6decfede72a3ed2c.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":26353,"width":640,"height":438,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>上图中的示例先创建了一个长度为10且类型为布尔的数组，初始值全部为False。然后，通过切片操作[::3]选中数组中步长为3的位置，并将这些位置的值设置为True。<h1>3. 使用Pandas的Series对象</h1>Pandas是处理表格数据的强大库。通过Pandas的Series对象，也可以创建布尔数组。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/4fcb618bd486ee10.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":15778,"width":640,"height":420,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：适合处理表格数据，尤其是需要与其他列的数据进行比较或结合使用时。优点：Pandas提供了丰富的数据处理功能，易于处理缺失数据、进行数据筛选、合并等高级操作。 缺点：性能略低于NumPy，尤其是在处理非常大的数据集时。Pandas的功能非常丰富，但相应的学习成本也较高。<h1>题外话：Pandas的Series与Numpy的一维数组有何区别？</h1>Pandas的Series和NumPy的一维数组都是用于存储数据的容器，但它们之间存在几个关键的区别：1. 索引<ol><li>Pandas Series：具有显式索引。这意味着每个数据点都可以有一个标签（不仅限于整数索引），使得数据操作更加灵活。索引可以是字符串、日期或其他类型的标签。</li><li>NumPy数组：通常具有隐式索引，主要是整数索引，从0开始。</li></ol>2. 数据类型<ol><li>Pandas Series：可以存储不同类型的数据，包括int、float、string等，甚至可以是Python对象。每个Series对象只能存储单一数据类型，但不同Series之间可以有不同的数据类型。</li><li>NumPy数组：旨在处理同质数据类型。虽然可以存储不同类型的数据，但这会导致性能下降或存储为更通用的数据类型（如object），从而失去NumPy的部分优势。</li></ol>3. 功能和用途<ol><li>Pandas Series：是为数据分析和处理设计的，提供了大量的便捷方法，如自动对齐数据、处理缺失值、集成时间序列功能等。</li><li>NumPy数组：更专注于数学和科学计算，提供了高效的向量化计算和广泛的数学函数库。</li></ol>4. 性能<ol><li>Pandas Series：由于提供了更多的功能和灵活性，可能在某些操作上不如NumPy数组快。尤其是在处理非常大的数据集时，性能差异可能更加明显。</li><li>NumPy数组：通常在数值计算方面提供更好的性能。它是底层C语言编写，专门针对大规模数值计算进行了优化。</li></ol>5. 库和生态系统<ol><li>Pandas：更多用于数据处理和分析，是数据科学领域广泛使用的库之一，与数据分析、数据可视化库（如Matplotlib、Seaborn）以及机器学习库（如Scikit-learn）等有着良好的集成。</li><li>NumPy：是Python科学计算的基础库，几乎所有需要数值计算的Python库都会使用NumPy数组作为基础结构。</li></ol>简而言之，虽然Pandas的Series和NumPy的一维数组在表面上类似，它们在设计、功能和使用场景上有明显的不同，适用于不同的需求和上下文。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/d37b8ae2cd98e48d.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":69831,"width":640,"height":366,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><h1>4. 利用NumPy的ones和zeros函数</h1>NumPy的ones和zeros函数可以创建全为True或全为False的布尔数组，因为在Python中，1可以视为True，0可以视为False。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/9a6a1068e6f946c5.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":28154,"width":640,"height":428,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：快速创建具有初始布尔值（全部为True或False）的大型数组。优点：非常适合需要大量True或False值初始化的情景，操作简单快速。 缺点：功能相对单一，如果需要更复杂的条件初始化，则需要额外的步骤。<h1>5. 使用条件过滤创建布尔数组</h1>在NumPy中，我们可以使用条件过滤来创建布尔数组。例如，基于一个数值数组，我们创建一个新的布尔数组，标记所有大于5的元素。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/ad86c8aa464bf6fd.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":17759,"width":640,"height":261,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：基于数组中的元素值应用复杂的条件逻辑时。优点：直接使用数组操作，简洁高效，易于理解和实现复杂的条件逻辑。 缺点：仅限于NumPy数组，不适用于原生Python列表或其他数据结构。<h1>6. 通过numpy.where创建布尔数组</h1>numpy.where函数提供了一种基于条件选择元素的方式，也可以用来创建布尔数组。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/4043c27cc293ee63.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":10930,"width":640,"height":152,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>适用场景：需要根据条件选择性地从两个选项中赋值时。优点：numpy.where非常灵活，可以实现复杂的逻辑判断和赋值操作。 缺点：相比直接的条件表达式，使用numpy.where可能在某些情况下略显复杂，需要对NumPy有一定的了解。<div class="image-package"><img src="https://img.haomeiwen.com/i16495147/702af7c398ec0f3d.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":55760,"width":640,"height":360,"space":"srgb","channels":3,"depth":"uchar","density":72,"chromaSubsampling":"4:2:0","isProgressive":false,"hasProfile":false,"hasAlpha":false}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><blockquote>Numpy的第2练基本就这么多，希望能够帮助到大家，如果你想还回顾第1练，请进：Numpy第1练：7种方法创建一维数组，你会选择哪一个？</blockquote>

Numpy第2练：6种方法创建一维布尔数组，哪个更适合你？

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