6.1 Numpy 随机数生成

在很多场景下，如模拟实验、机器学习模型评估等，我们需要生成随机数。Numpy 提供了丰富的函数来生成各种分布的随机数。

6.1.1 生成均匀分布随机数

• np.random.rand()：生成在 [0, 1) 区间内均匀分布的随机浮点数。可以传入一个或多个整数参数来指定生成数组的形状。
• 示例：

import numpy as np

# 生成一个随机浮点数
single_random = np.random.rand()
print("单个随机浮点数:", single_random)

# 生成一个形状为 (3, 2) 的二维数组
random_array = np.random.rand(3, 2)
print("形状为 (3, 2) 的随机数组:\n", random_array)

在上述代码中，np.random.rand() 无参数调用时，返回一个在 [0, 1) 之间的随机浮点数。传入参数 3, 2 时，生成一个 3 行 2 列的二维数组，数组元素均为 [0, 1) 区间内的随机浮点数。

6.1.2 生成正态分布随机数

• np.random.randn()：生成服从标准正态分布（均值为 0，标准差为 1）的随机浮点数。同样可以通过参数指定生成数组的形状。
• 示例：

import numpy as np

# 生成一个服从标准正态分布的随机浮点数
single_normal = np.random.randn()
print("单个正态分布随机浮点数:", single_normal)

# 生成一个形状为 (2, 3) 的二维数组
normal_array = np.random.randn(2, 3)
print("形状为 (2, 3) 的正态分布随机数组:\n", normal_array)

这里，np.random.randn() 无参数时返回单个服从标准正态分布的随机数。传入 2, 3 生成一个 2 行 3 列的二维数组，数组元素是服从标准正态分布的随机浮点数。

6.1.3 生成指定范围内的随机整数

• np.random.randint()：生成在指定范围内的随机整数。函数参数包括下限（包含）、上限（不包含）以及生成数组的形状。
• 示例：

import numpy as np

# 生成一个在 1 到 10（不包含 10）之间的随机整数
single_int = np.random.randint(1, 10)
print("单个随机整数:", single_int)

# 生成一个形状为 (2, 2) 的二维数组，元素在 0 到 5（不包含 5）之间
int_array = np.random.randint(0, 5, size=(2, 2))
print("形状为 (2, 2) 的随机整数数组:\n", int_array)

np.random.randint(1, 10) 返回一个 1 到 9 之间的随机整数。np.random.randint(0, 5, size=(2, 2)) 生成一个 2 行 2 列的二维数组，数组元素在 0 到 4 之间。

6.2 Numpy 文件操作

Numpy 支持将数组保存到文件以及从文件中读取数组，这在数据持久化和共享数据时非常有用。

6.2.1 保存数组到文件

• np.save()：将数组保存为 .npy 文件。第一个参数是文件名（不需要包含 .npy 后缀），第二个参数是要保存的数组。
• 示例：

import numpy as np

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

上述代码将数组 arr 保存为名为 saved_array.npy 的文件。

• np.savez()：用于将多个数组保存到一个 .npz 文件中。可以通过关键字参数指定数组的名称。
• 示例：

import numpy as np

arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([4, 5, 6])
np.savez('saved_arrays', a = arr1, b = arr2)

这里将 arr1 和 arr2 保存到 saved_arrays.npz 文件中，在文件中 arr1 对应的名称为 a，arr2 对应的名称为 b。

6.2.2 从文件读取数组

• np.load()：用于从 .npy 或 .npz 文件中读取数组。对于 .npz 文件，返回的是一个类似字典的对象，需要通过保存时指定的名称来获取数组。
• 示例：

import numpy as np

# 读取.npy 文件
loaded_arr = np.load('saved_array.npy')
print("从.npy 文件读取的数组:", loaded_arr)

# 读取.npz 文件
loaded_arrays = np.load('saved_arrays.npz')
arr_from_npz1 = loaded_arrays['a']
arr_from_npz2 = loaded_arrays['b']
print("从.npz 文件读取的数组 a:", arr_from_npz1)
print("从.npz 文件读取的数组 b:", arr_from_npz2)

np.load('saved_array.npy') 从 .npy 文件中读取数组。对于 .npz 文件，np.load('saved_arrays.npz') 返回一个对象，通过该对象的键 'a' 和 'b' 分别获取保存的 arr1 和 arr2 数组。