Task03 统计相关-次序统计

本文详细介绍了NumPy库中用于统计分析的各种函数,包括计算最小值、最大值、极差、分位数、中位数、平均值、加权平均值、方差、标准差、协方差和相关系数等,并提供了丰富的示例代码。

统计相关
次序统计
计算最小值
numpy.amin(a[, axis=None, out=None, keepdims=np._NoValue, initial=np._NoValue, where=np._NoValue])Return the minimum of an array or minimum along an axis.
【例】计算最小值

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.amin(x)
print(y) # 11

y = np.amin(x, axis=0)
print(y) # [11 12 13 14 15]

y = np.amin(x, axis=1)
print(y) # [11 16 21 26 31]
计算最大值
numpy.amax(a[, axis=None, out=None, keepdims=np._NoValue, initial=np._NoValue, where=np._NoValue])Return the maximum of an array or maximum along an axis.
【例】计算最大值

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.amax(x)
print(y) # 35

y = np.amax(x, axis=0)
print(y) # [31 32 33 34 35]

y = np.amax(x, axis=1)
print(y) # [15 20 25 30 35]
计算极差
numpy.ptp(a, axis=None, out=None, keepdims=np._NoValue) Range of values (maximum - minimum) along an axis. The name of the function comes from the acronym for ‘peak to peak’.
【例】计算极差

import numpy as np

np.random.seed(20200623)
x = np.random.randint(0, 20, size=[4, 5])
print(x)

[[10 2 1 1 16]

[18 11 10 14 10]

[11 1 9 18 8]

[16 2 0 15 16]]

print(np.ptp(x)) # 18
print(np.ptp(x, axis=0)) # [ 8 10 10 17 8]
print(np.ptp(x, axis=1)) # [15 8 17 16]
计算分位数
numpy.percentile(a, q, axis=None, out=None, overwrite_input=False, interpolation=‘linear’, keepdims=False) Compute the q-th percentile of the data along the specified axis. Returns the q-th percentile(s) of the array elements.
a:array,用来算分位数的对象,可以是多维的数组。
q:介于0-100的float,用来计算是几分位的参数,如四分之一位就是25,如要算两个位置的数就[25,75]。
axis:坐标轴的方向,一维的就不用考虑了,多维的就用这个调整计算的维度方向,取值范围0/1。
【例】计算分位数

import numpy as np

np.random.seed(20200623)
x = np.random.randint(0, 20, size=[4, 5])
print(x)

[[10 2 1 1 16]

[18 11 10 14 10]

[11 1 9 18 8]

[16 2 0 15 16]]

print(np.percentile(x, [25, 50]))

[ 2. 10.]

print(np.percentile(x, [25, 50], axis=0))

[[10.75 1.75 0.75 10.75 9.5 ]

[13.5 2. 5. 14.5 13. ]]

print(np.percentile(x, [25, 50], axis=1))

[[ 1. 10. 8. 2.]

[ 2. 11. 9. 15.]]

均值与方差
计算中位数
numpy.median(a, axis=None, out=None, overwrite_input=False, keepdims=False) Compute the median along the specified axis. Returns the median of the array elements.
【例】计算中位数

import numpy as np

np.random.seed(20200623)
x = np.random.randint(0, 20, size=[4, 5])
print(x)

[[10 2 1 1 16]

[18 11 10 14 10]

[11 1 9 18 8]

[16 2 0 15 16]]

print(np.percentile(x, 50))
print(np.median(x))

10.0

print(np.percentile(x, 50, axis=0))
print(np.median(x, axis=0))

[13.5 2. 5. 14.5 13. ]

print(np.percentile(x, 50, axis=1))
print(np.median(x, axis=1))

[ 2. 11. 9. 15.]

计算平均值
numpy.mean(a[, axis=None, dtype=None, out=None, keepdims=np._NoValue)])Compute the arithmetic mean along the specified axis.
【例】计算平均值(沿轴的元素的总和除以元素的数量)。

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.mean(x)
print(y) # 23.0

y = np.mean(x, axis=0)
print(y) # [21. 22. 23. 24. 25.]

y = np.mean(x, axis=1)
print(y) # [13. 18. 23. 28. 33.]
计算加权平均值
numpy.average(a[, axis=None, weights=None, returned=False])Compute the weighted average along the specified axis.
mean和average都是计算均值的函数,在不指定权重的时候average和mean是一样的。指定权重后,average可以计算加权平均值。

【例】计算加权平均值(将各数值乘以相应的权数,然后加总求和得到总体值,再除以总的单位数。)

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.average(x)
print(y) # 23.0

y = np.average(x, axis=0)
print(y) # [21. 22. 23. 24. 25.]

y = np.average(x, axis=1)
print(y) # [13. 18. 23. 28. 33.]

y = np.arange(1, 26).reshape([5, 5])
print(y)

[[ 1 2 3 4 5]

[ 6 7 8 9 10]

[11 12 13 14 15]

[16 17 18 19 20]

[21 22 23 24 25]]

z = np.average(x, weights=y)
print(z) # 27.0

z = np.average(x, axis=0, weights=y)
print(z)

[25.54545455 26.16666667 26.84615385 27.57142857 28.33333333]

z = np.average(x, axis=1, weights=y)
print(z)

[13.66666667 18.25 23.15384615 28.11111111 33.08695652]

计算方差
numpy.var(a[, axis=None, dtype=None, out=None, ddof=0, keepdims=np._NoValue])Compute the variance along the specified axis.
ddof=0:是“Delta Degrees of Freedom”,表示自由度的个数。
要注意方差和样本方差的无偏估计,方差公式中分母上是n;样本方差无偏估计公式中分母上是n-1(n为样本个数)。

证明的链接 7

【例】计算方差

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.var(x)
print(y) # 52.0
y = np.mean((x - np.mean(x)) ** 2)
print(y) # 52.0

y = np.var(x, ddof=1)
print(y) # 54.166666666666664
y = np.sum((x - np.mean(x)) ** 2) / (x.size - 1)
print(y) # 54.166666666666664

y = np.var(x, axis=0)
print(y) # [50. 50. 50. 50. 50.]

y = np.var(x, axis=1)
print(y) # [2. 2. 2. 2. 2.]
计算标准差
numpy.std(a[, axis=None, dtype=None, out=None, ddof=0, keepdims=np._NoValue])Compute the standard deviation along the specified axis.
标准差是一组数据平均值分散程度的一种度量,是方差的算术平方根。

【例】计算标准差

import numpy as np

x = np.array([[11, 12, 13, 14, 15],
[16, 17, 18, 19, 20],
[21, 22, 23, 24, 25],
[26, 27, 28, 29, 30],
[31, 32, 33, 34, 35]])
y = np.std(x)
print(y) # 7.211102550927978
y = np.sqrt(np.var(x))
print(y) # 7.211102550927978

y = np.std(x, axis=0)
print(y)

[7.07106781 7.07106781 7.07106781 7.07106781 7.07106781]

y = np.std(x, axis=1)
print(y)

[1.41421356 1.41421356 1.41421356 1.41421356 1.41421356]

相关
计算协方差矩阵
image
image
739×199 18.2 KB
numpy.cov(m, y=None, rowvar=True, bias=False, ddof=None, fweights=None,aweights=None) Estimate a covariance matrix, given data and weights.
【例】计算协方差矩阵

import numpy as np

x = [1, 2, 3, 4, 6]
y = [0, 2, 5, 6, 7]
print(np.cov(x)) # 3.7 #样本方差
print(np.cov(y)) # 8.5 #样本方差
print(np.cov(x, y))

[[3.7 5.25]

[5.25 8.5 ]]

print(np.var(x)) # 2.96 #方差
print(np.var(x, ddof=1)) # 3.7 #样本方差
print(np.var(y)) # 6.8 #方差
print(np.var(y, ddof=1)) # 8.5 #样本方差

z = np.mean((x - np.mean(x)) * (y - np.mean(y))) #协方差
print(z) # 4.2

z = np.sum((x - np.mean(x)) * (y - np.mean(y))) / (len(x) - 1) #样本协方差
print(z) # 5.25

z = np.dot(x - np.mean(x), y - np.mean(y)) / (len(x) - 1) #样本协方差
print(z) # 5.25
计算相关系数
numpy.corrcoef(x, y=None, rowvar=True, bias=np._NoValue, ddof=np._NoValue) Return Pearson product-moment correlation coefficients.
理解了np.cov()函数之后,很容易理解np.correlate(),二者参数几乎一模一样。

np.cov()描述的是两个向量协同变化的程度,它的取值可能非常大,也可能非常小,这就导致没法直观地衡量二者协同变化的程度。相关系数实际上是正则化的协方差,n个变量的相关系数形成一个n维方阵。

【例】计算相关系数

import numpy as np

np.random.seed(20200623)
x, y = np.random.randint(0, 20, size=(2, 4))

print(x) # [10 2 1 1]
print(y) # [16 18 11 10]

z = np.corrcoef(x, y)
print(z)

[[1. 0.48510096]

[0.48510096 1. ]]

a = np.dot(x - np.mean(x), y - np.mean(y))
b = np.sqrt(np.dot(x - np.mean(x), x - np.mean(x)))
c = np.sqrt(np.dot(y - np.mean(y), y - np.mean(y)))
print(a / (b * c)) # 0.4851009629263671
直方图
numpy.digitize(x, bins, right=False)Return the indices of the bins to which each value in input array belongs.
x:numpy数组
bins:一维单调数组,必须是升序或者降序
right:间隔是否包含最右
返回值:x在bins中的位置。
【例】

import numpy as np

x = np.array([0.2, 6.4, 3.0, 1.6])
bins = np.array([0.0, 1.0, 2.5, 4.0, 10.0])
inds = np.digitize(x, bins)
print(inds) # [1 4 3 2]
for n in range(x.size):
print(bins[inds[n] - 1], “<=”, x[n], “<”, bins[inds[n]])

0.0 <= 0.2 < 1.0

4.0 <= 6.4 < 10.0

2.5 <= 3.0 < 4.0

1.0 <= 1.6 < 2.5

【例】

import numpy as np

x = np.array([1.2, 10.0, 12.4, 15.5, 20.])
bins = np.array([0, 5, 10, 15, 20])
inds = np.digitize(x, bins, right=True)
print(inds) # [1 2 3 4 4]

inds = np.digitize(x, bins, right=False)
print(inds) # [1 3 3 4 5]
练习
(1) y=X β

对于简单线性回归,向量计法等同于
在这里插入图片描述
给定X跟y我们可以使用 NumPy 库解出β值,
【知识点:统计相关】

from numpy . linalg import inv
from numpy import dot, transpose
X = [[1, 6, 2] , [1, 8, 1] , [1, 10, 0] , [1 , 14, 2] , [1, 18, 0]]
y = [[7] , [9] , [13] , [17.5] , [18]]
(2)计算给定数组中每行的最大值。

a = np.random.randint(1, 10, [5, 3])

如何在二维numpy数组的每一行中找到最大值?

【知识点:统计相关】

(3)计算数组的元素最大值与最小值之差(极值)

【知识点:统计相关】

数组为:
A=[[3 7 5]
[8 4 3]
[2 4 9]]

(4)计算s的均值,方差,标准差,协方差

【知识点:统计相关】

s=[9.7, 10, 10.3, 9.7,10,10.3,9.7,10,10.3]

下载前可以先看下教程 https://pan.quark.cn/s/16a53f4bd595 小天才电话手表刷机教程 — 基础篇 我们将为您简单的介绍小天才电话手表新机型的简单刷机以及玩法,如adb工具的使用,magisk的刷入等等。 我们会确保您看完此教程后能够对Android系统有一个最基本的认识,以及能够成功通过magisk root您的手表,并安装您需要的第三方软件。 ADB Android Debug Bridge,简称,在android developer的adb文档中是这么描述它的: 是一种多功能命令行工具,可让您与设备进行通信。 该命令有助于各种设备操作,例如安装和调试应用程序。 提供对 Unix shell 的访问,您可以使用它在设备上运行各种命令。 它是一个客户端-服务器程序。 这听起来有些难以理解,因为您也没有必要去理解它,如果您对本文中的任何关键名词产生疑惑或兴趣,您都可以在搜索引擎中去搜索它,当然,我们会对其进行简单的解释:是一款在命令行中运行的,用于对Android设备进行调试的工具,并拥有比一般用户以及程序更高的权限,所以,我们可以使用它对Android设备进行最基本的调试操作。 而在小天才电话手表上启用它,您只需要这么做: - 打开拨号盘; - 输入; - 点按打开adb调试选项。 其次是电脑上的Android SDK Platform-Tools的安装,此工具是 Android SDK 的组件。 它包括与 Android 平台交互的工具,主要由和构成,如果您接触过Android开发,必然会使用到它,因为它包含在Android Studio等IDE中,当然,您可以独立下载,在下方选择对应的版本即可: - Download SDK Platform...
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