NumPy 라이브러리 개요

NumPy (Numerical Python)는 파이썬에서 행렬이나 대규모 다차원 배열을 쉽게 처리하는 등 강력한 수치 계산을 지원하는 파이썬 라이브러리입니다. 다차원 배열 객체인 ndarray를 중심으로 다양한 수학적 연산을 수행할 수 있습니다. 보통 넘파이라고 읽습니다.

🔹 NumPy 주요 기능 및 함수 정리

기능설명주요 함수
배열 생성리스트나 튜플을 배열로 변환np.array()
0으로 채운 배열 생성np.zeros()
1로 채운 배열 생성np.ones()
특정 값으로 채운 배열 생성np.full()
연속된 숫자 배열 생성np.arange()
균등 간격 배열 생성np.linspace()
단위 행렬 생성np.eye()
배열 속성 확인배열의 차원 확인.ndim
배열의 형태(shape) 확인.shape
배열의 요소 개수 확인.size
배열의 데이터 타입 확인.dtype
배열 변형배열 크기 변경.reshape()
배열 1차원으로 변환.flatten()
차원 추가np.newaxis
배열 전치(Transpose).T
배열 연산요소별 사칙연산+, -, *, /
요소별 제곱 연산**
배열의 내적 연산np.dot() 또는 @
브로드캐스팅 연산 지원자동 크기 확장
배열 슬라이싱특정 인덱스 접근arr[i, j]
행/열 선택arr[i, :], arr[:, j]
범위 선택 (슬라이싱)arr[start:end]
통계 및 집계 연산배열의 합.sum()
평균 계산.mean()
최대/최소 값.max(), .min()
표준편차 계산.std()
분산 계산.var()
난수 생성0~1 사이 난수 배열np.random.rand()
정수 난수 생성np.random.randint()
정규 분포 난수 생성np.random.randn()
난수 시드 고정np.random.seed()
배열 비교 및 조건 연산요소별 비교>, <, ==
조건에 맞는 값 필터링arr[arr > 3]
특정 조건 값 변경np.where(condition, x, y)
배열 정렬오름차순 정렬np.sort()
내림차순 정렬np.sort(arr)[::-1]
특정 축을 기준으로 정렬np.sort(arr, axis=0)
행렬 연산행렬 곱셈np.dot() 또는 @
역행렬 계산np.linalg.inv()
행렬식 계산np.linalg.det()
고유값 및 고유벡터np.linalg.eig()
파일 입출력배열을 파일로 저장np.save()
여러 배열을 저장np.savez()
CSV 파일로 저장np.savetxt()
CSV 파일 불러오기np.loadtxt()

1. NumPy 설치

pip install numpy

2. NumPy 기본 사용법

2.1 NumPy 가져오기

import numpy as np

2.2 배열 생성

# 리스트로부터 배열 생성
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr) # [1 2 3 4 5]

2.3 다차원 배열 생성

arr2d = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print(arr2d)
# [[1 2 3]
# [4 5 6]]

3. 배열 속성 확인

print(arr2d.shape)  # (2, 3) -> 2행 3열
print(arr2d.ndim) # 2 -> 차원 수
print(arr2d.dtype) # int32 (또는 int64)
print(arr2d.size) # 6 -> 전체 요소 개수

4. 특수 배열 생성

np.zeros((3, 3))   # 3x3 영행렬
np.ones((2, 4)) # 2x4 1로 채운 행렬
np.eye(4) # 4x4 단위행렬
np.full((2, 3), 7) # 2x3 모든 원소가 7인 행렬
np.arange(10) # 0부터 9까지의 배열 생성
np.linspace(0, 1, 5) # 0~1 사이 5개 균등 분포 값

5. 배열 연산

a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])

print(a + b) # [5 7 9]
print(a - b) # [-3 -3 -3]
print(a * b) # [4 10 18]
print(a / b) # [0.25 0.4 0.5]
print(a ** 2) # [1 4 9]

6. 배열 슬라이싱 & 인덱싱

arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])

print(arr[0, 2]) # 첫 번째 행, 세 번째 열 (3)
print(arr[1, :]) # 두 번째 행 전체 [4, 5, 6]
print(arr[:, 1]) # 두 번째 열 전체 [2, 5, 8]
print(arr[0:2, 1:3]) # (0~1행, 1~2열)

7. 배열 변형 (Reshape & Flatten)

arr = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

reshaped = arr.reshape(3, 2)
flattened = arr.flatten()

print(reshaped)
# [[1 2]
# [3 4]
# [5 6]]

print(flattened) # [1 2 3 4 5 6]

8. NumPy 브로드캐스팅

a = np.array([[1], [2], [3]])
b = np.array([4, 5, 6])

print(a + b)
# [[5 6 7]
# [6 7 8]
# [7 8 9]]

9. 통계 및 집계 함수

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

print(arr.sum()) # 15
print(arr.mean()) # 3.0
print(arr.max()) # 5
print(arr.min()) # 1
print(arr.std()) # 표준편차
print(arr.var()) # 분산

10. 난수 생성

np.random.seed(42)        # 난수 고정
print(np.random.rand(3)) # 0~1 사이 난수 3개
print(np.random.randint(1, 10, (2, 3))) # 1~10 사이 정수 (2x3)

11. 행렬 연산

A = np.array([[1, 2], [3, 4]])
B = np.array([[5, 6], [7, 8]])

print(np.dot(A, B)) # 행렬 곱
print(A @ B) # 행렬 곱 (동일)
print(np.linalg.inv(A)) # 역행렬
print(np.linalg.det(A)) # 행렬식
print(np.linalg.eig(A)) # 고유값 & 고유벡터

NumPy는 데이터 분석, 머신러닝, 과학 연산 등에 필수적인 라이브러리로, 다차원 배열을 빠르고 효율적으로 다룰 수 있습니다! 🚀

zerg96

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