Array Array - Язык программирования Python

Листинг

# ООП

class A:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

class B:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

class C:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

# процедурный подход

def a(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

def b(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

def c(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

При внесении нового типа объекта изменения в ОО–программе затрагивают только один модуль, а в процедурной — все процедуры:

Листинг

# ООП

class D:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

# процедурный подход

def a(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

if type(x) is D: …

def b(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

if type(x) is D: …

def c(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

if type(x) is D: …

И наоборот, теперь нужно добавить новый метод обработки. При процедурном подходе просто пишется новая процедура, а вот для объектного приходится изменять все классы:

Листинг

# процедурный подход

def d(x):

if type(x) is A: …

if type(x) is B: …

if type(x) is C: …

# ООП

class A:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

def d(): …

class B:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

def d(): …

class C:

def a(): …

def b(): …

def c(): …

def d(): …

Язык программирования Python изначально был ориентирован на практические нужды. Приведенное выше выражается в стандартной библиотеке Python, то есть в том, что там применяются и функции (обычно сильно обобщенные на довольно широкий круг входных данных), и классы (когда операции достаточно специфичны). Обобщенная природа функций Python и полиморфизм, не завязанный целиком на наследовании — вот свойства языка Python, позволяющие иметь большую гибкость в комбинации процедурного и объектно–ориентированного подходов.

Заключение

Даже достаточно неформальное введение в ООП потребовало определения большого количества терминов. В лекции была сделана попытка с помощью примеров передать не столько букву, сколько дух терминологии ООП. Были рассмотрены все базовые понятия: объект, тип, класс и виды отношений между объектами (IS–A, HAS–A, USE–A). Слушатели получили представление о том, что такое инкапсуляция и полиморфизм в стиле ООП, а также наследование — продление времени жизни объекта за рамками исполняющейся программы, известное как устойчивость объекта (object persistence). Были указаны недостатки ООП, но при этом весь предыдущий материал объективно свидетельствовал о достоинствах этого подхода.

Возможно, что именно эта лекция приведет слушателей к пониманию ООП, пригодному и удобному для практической работы.

В данной лекции рассматривается пакет Numeric для осуществления численных расчетов и выполнения матричных вычислений, приводится обзор других пакетов для научных вычислений.

Numeric Python — это несколько модулей для вычислений с многомерными массивами, необходимых для многих численных приложений. Модуль Numeric вносит в Python возможности таких пакетов и систем как MatLab, Octave (аналог MatLab), APL, J, S+, IDL. Пользователи найдут Numeric достаточно простым и удобным. Стоит заметить, что некоторые синтаксические возможности Python (связанные с использованием срезов) были специально разработаны для Numeric.

Numeric Python имеет средства для:

матричных вычислений LinearAlgebra;

быстрого преобразования Фурье FFT;

работы с недостающими экспериментальными данными MA;

статистического моделирования RNG;

эмуляции базовых функций программы MatLab.

Модуль Numeric

Модуль Numeric определяет полноценный тип–массив и содержит большое число функций для операций с массивами. Массив — это набор однородных элементов, доступных по индексам. Массивы модуля Numeric могут быть многомерными, то есть иметь более одной размерности.

Создание массива

Для создания массива можно использовать функцию array() с указанием содержимого массива (в виде вложенных списков) и типа. Функция array() делает копию, если ее аргумент — массив. Функция asarray() работает аналогично, но не создает нового массива, когда ее аргумент уже является массивом:

Листинг

>>> from Numeric import *

>>> print array([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])

[[1 2]

[3 4]

[5 6]]

>>> print array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]], Float)

[[ 1. 2. 3.]

[ 4. 5. 6.]]

>>> print array([78, 85, 77, 69, 82, 73, 67], 'c')

[N U M E R I C]

В качестве элементов массива можно использовать следующие типы: Int8–Int32, UnsignedInt8–UnsignedInt32, Float8–Float64, Complex8–Complex64 и PyObject. Числа 8, 16, 32 и 64 показывают количество битов для хранения величины. Типы Int, UnsignedInteger, Float и Complex соответствуют наибольшим принятым на данной платформе значениям. В массиве можно также хранить ссылки на произвольные объекты.

Количество размерностей и длина массива по каждой оси называются формой массива (shape). Доступ к форме массива реализуется через атрибут shape:

Листинг

>>> from Numeric import *

>>> a = array(range(15), Int)

>>> print a.shape

(15,)

>>> print a

[ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14]

>>> a.shape = (3, 5)

>>> print a.shape

(3, 5)

>>> print a

[[ 0 1 2 3 4]

[ 5 6 7 8 9]

[10 11 12 13 14]]

Методы массивов

Придать нужную форму массиву можно функцией Numeric.reshape(). Эта функция сразу создает объект–массив нужной формы из последовательности.

Листинг

>>> import Numeric

>>> print Numeric.reshape(«абракадабр», (5, — 1))

[[а б]

[р а]

[к а]

[д а]

[б р]]

В этом примере–1 в указании формы говорит о том, что соответствующее значение можно вычислить. Общее количество элементов массива известно (10), поэтому длину вдоль одной из размерностей задавать не обязательно.

Через атрибут flat можно получить одномерное представление массива:

Листинг

>>> a = array([[1, 2], [3, 4]])

>>> b = a.flat

>>> b

array([1, 2, 3, 4])

>>> b[0] = 9

>>> b

array([9, 2, 3, 4])

>>> a

array([[9, 2],

[3, 4]])

Следует заметить, что это новый вид того же массива, поэтому присваивание значений его элементам приводит к изменениям в исходном массиве.

Функция Numeric.resize()похожа на Numeric.reshape, но может подстраивать число элементов:

Листинг

>>> print Numeric.resize(«NUMERIC», (3, 2))

[[N U]

[M E]

[R I]]

>>> print Numeric.resize(«NUMERIC», (3, 4))

[[N U M E]

[R I C N]

[U M E R]]

Функция Numeric.zeros() порождает массив из одних нулей, а Numeric.ones() - из одних единиц. Единичную матрицу можно получить с помощью функции Numeric.identity(n):

Листинг

>>> print Numeric.zeros((2,3))

[[0 0 0]

[0 0 0]]

>>> print Numeric.ones((2,3))

[[1 1 1]

[1 1 1]]

>>> print Numeric.identity(4)

[[1 0 0 0]

[0 1 0 0]

[0 0 1 0]

[0 0 0 1]]

Для копирования массивов можно использовать метод copy():

Листинг

>>> import Numeric

>>> a = Numeric.arrayrange(9)

>>> a.shape = (3, 3)

>>> print a

[[0 1 2]

[3 4 5]

[6 7 8]]

>>> a1 = a.copy()

>>> a1[0, 1] = -1 # операция над копией

>>> print a

[[0 1 2]

[3 4 5]

[6 7 8]]

Массив можно превратить обратно в список с помощью метода tolist():

Листинг

>>> a.tolist()

[[0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8]]