Как сделать трехмерный массив в python
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
Как и 2-мерные графики, вы также можете создавать 3-мерные графики в Python с помощью matplotlib. В этом уроке мы узнаем, как строить трехмерные графики с помощью matplotlib.
Как построить трехмерные графики в Python?
Мы будем использовать инструментарий mplot3d вместе с библиотекой matplotlib . Инструментарий mplot3d построен на базе библиотеки matplotlib, чтобы упростить создание трехмерных графиков.
Так что без дальнейших задержек, давайте начнем!
1. Импортируйте необходимые модули
Для начала мы импортируем matplotlib и инструментарий mplot3d . Наряду с этими двумя, мы также импортируем numpy для создания образцов данных. Код для импорта этих трех приведен ниже.
2. Создайте трехмерные оси
Теперь мы можем создавать трехмерные оси, используя импортированные модули .
Теперь, когда у нас есть топоры, давайте попробуем что-нибудь придумать. При построении графика нам нужно убедиться,что мы предоставляем значения для всех трех осей ( x, y и z).
В следующих разделах мы узнаем, как сделать спираль, используя синусоидальные функции(синус и косинус).
Перед этим мы узнаем, как добавить заголовок к сюжету.
3. Добавление заголовка к сюжету
Вы можете добавить заголовок к своим участкам с помощью метода set_title():
Чтобы увидеть приведенную выше строку кода в действии, выполните следующие действия:
4. Создайте спираль
Для создания спирали мы будем использовать функцию синуса вдоль оси x и функцию косинуса вдоль оси y.
Точки данных для спирали могут быть сгенерированы следующим образом:
Здесь функция np.linspace дает 1000 точек с равным расстоянием между 0 и 15.
Полный код выглядит следующим образом:
5. Измените угол обзора
Трехмерные графики выглядят по-разному в зависимости от угла обзора. Вы можете изменить угол обзора трехмерных графиков с помощью метода view_init():
Полный код приведен ниже:
Здесь мы упоминаем два аргумента: высоту и угол наклона осей(в градусах).
Давайте попробуем под другим углом.
6. Построение каркаса из проволоки
Вы можете построить трехмерный каркас с помощью метода plot_wireframe (), как показано в приведенном ниже примере:
Здесь функция np.meshgrid создает матрицы координат из векторов координат.
Аналогично, вы также можете создать поверхностный участок. Давайте узнаем, как это сделать, в следующем разделе.
7. Создайте поверхностный участок
Мы можем создать поверхностный график с теми же данными, что и выше. Чтобы создать трехмерный график поверхности, мы будем использовать метод plot_surface ().
Здесь следующие аргументы означают следующее:
| шаг | Шаг строки массива (размер шага) |
| cstrike | Шаг столбца массива (размер шага) |
| лагерь | Цветовая карта для участков поверхности. |
Вывод
В этом уроке речь шла о трехмерных графиках на Python. Мы научились строить трехмерные оси вместе с точками данных. Чтобы узнать больше о трехмерных фигурах в mplot3d, обратитесь к их официальной документации.
Основы
В Питоне нет структуры данных, полностью соответствующей массиву. Однако, есть списки, которые являются их надмножеством, то есть это те же массивы, но с расширенным функционалом. Эти структуры удобнее в использовании, но цена такого удобства, как всегда, производительность и потребляемые ресурсы. И массив, и список – это упорядоченные коллекции, но разница между ними заключается в том, что классический массив должен содержать элементы только одного типа, а список Python может содержать любые элементы.
Создание массива
Существует несколько способ создать массив. Ниже приведены примеры как это можно сделать.
Многомерный массив
Двухмерный массив в Python можно объявить следующим образом.
Операции с массивами
Давайте теперь рассмотрим операции, которые Пайтон позволяет выполнять над массивами.
Обход массива с использованием цикла for
Мы можем использовать цикл for для обхода элементов массива.
Здесь представлен подход, свойственный большинству языков программирования. В Python же есть свой, более удобный вариант.
Обход многомерного массива
Для того чтоб получить элементы многомерного массива придётся использовать вложенные циклы.
Добавление
Мы можем использовать функцию insert() для вставки элемента по указанному индексу. Элементы из указанного индекса сдвигаются вправо на одну позицию.
Определение размера
Используйте метод len() чтобы вернуть длину массива (число элементов массива).
Не стоит путать размер массива с его размерностью!
Поскольку индексация элементов начинается с нуля, длина массива всегда на единицу больше, чем индекс последнего элемента.
Небольшое пояснение: метод списка .index() возвращает индекс элемента, значение которого совпадает с тем, которое передали методу. Здесь мы передаём значение последнего элемента и, таким образом, получаем индекс последнего элемента. Будьте осторожны: если в списке есть повторяющиеся значения, этот приём не сработает!
Срез Python предоставляет особый способ создания массива из другого массива.
Функция pop
В Python удалить ненужные элементы из массива можно при помощи метода pop, аргументом которого является индекс ячейки. Как и в случае с добавлением нового элемента, метод необходимо вызвать через ранее созданный объект.
После выполнения данной операции содержимое массива сдвигается так, чтобы количество доступных ячеек памяти совпадало с текущим количеством элементов.
Методы массива
В Python есть набор встроенных методов, которые вы можете использовать при работе с list.
| Метод | Значение |
| append() | Добавляет элементы в конец списка |
| clear() | Удаляет все элементы в списке |
| copy() | Возвращает копию списка |
| count() | Возвращает число элементов с определенным значением |
| extend() | Добавляет элементы списка в конец текущего списка |
| index() | Возвращает индекс первого элемента с определенным значением |
| insert() | Добавляет элемент в определенную позицию |
| pop() | Удаляет элемент по индексу |
| remove() | Убирает элементы по значению |
| reverse() | Разворачивает порядок в списке |
| sort() | Сортирует список |
Модуль array
Если Вам всё-таки нужен именно классический массив, вы можете использовать встроенный модуль array. Он почти не отличается от структуры list, за исключением, пожалуй, объявления.
Вот небольшая демонстрация:
Массив в Python содержит последовательность данных. В программировании на Python нет эксклюзивного объекта массива, потому что мы можем выполнять все операции с массивом, используя список. Сегодня мы узнаем о массиве и различных операциях, которые мы можем выполнять с массивом (списком).
Python поддерживает все операции, связанные с массивами, через свой объект списка. Начнем с инициализации одномерного массива.
Пример
Элементы массива в Python определяются в скобках [] и разделяются запятыми. Ниже приведен пример объявления одномерного массива.
Результатом приведенного выше примера программы с одномерным массивом будет:
Индексация массива начинается с 0. Значит, значение индекса 2 переменной arr равно 3.
В некоторых других языках программирования, таких как Java, когда мы определяем массив, нам также необходимо определить тип элемента, поэтому мы ограничены хранением только этого типа данных в массиве. Например, int brr [5]; может хранить только целые данные.
Но python дает нам гибкость, позволяющую иметь разные типы данных в одном массиве. Посмотрим на пример.
Это дает следующий результат:
В приведенном выше примере вы можете видеть, что массив student_marks имеет три типа данных – строку, int и float.
Многомерный массив
Двухмерный массив в Python можно объявить следующим образом.
Он выдаст следующий результат:
Точно так же мы можем определить трехмерный массив или многомерный массив в python.
Теперь, когда мы знаем, как определять и инициализировать массив в python. Мы рассмотрим различные операции, которые мы можем выполнять с массивом.
Обход массива с использованием цикла for
Мы можем использовать цикл for для обхода элементов массива. Ниже приведен простой пример цикла for для обхода массива.
На изображении ниже показан результат работы приведенного выше примера программы для работы с массивами.
Обход 2D-массива
Следующий код выводит элементы построчно, а следующая часть печатает каждый элемент данного массива.
Добавление
Новые элементы Four и Five будут добавлены в конец массива.
Вы также можете добавить массив к другому массиву. В следующем коде показано, как это можно сделать.
Теперь наш одномерный массив arrayElement превращается в многомерный массив.
Определение размера
Мы можем использовать функцию len для определения размера массива. Давайте посмотрим на простой пример длины массива Python.
Python предоставляет особый способ создания массива из другого массива с использованием нотации срезов. Давайте посмотрим на несколько примеров срезов массива.
На изображении ниже показан пример вывода программы фрагмента массива Python.
Вставка массива
Мы можем вставить элемент в массив с помощью функции insert().
Функция pop
Мы можем вызвать функцию pop для массива, чтобы удалить элемент из массива по указанному индексу.
Массивом в языке Python называется упорядоченная структура данных, которая используется для хранения однотипных объектов. По своему функциональному назначению они схожи со списками, однако обладают некоторыми ограничениями на тип входных данных, а также их размер. Несмотря на такую особенность, массивы являются достаточно функциональным инструментом по работе с наборами данных в языке программирования Python.
Создание и заполнение
Перед тем как добавить (создать) новый массив в Python 3, необходимо произвести импорт библиотеки, отвечающей за работу с таким объектом. Для этого потребуется добавить строку from array import * в файл программы. Как уже было сказано ранее, массивы ориентированы на взаимодействие с одним постоянным типом данных, вследствие чего все их ячейки имеют одинаковый размер. Воспользовавшись функцией array, можно создать новый набор данных. В следующем примере демонстрируется заполнение массива Python — запись целых чисел при помощи метода, предложенного выше.
Как можно заметить, функция array принимает два аргумента, первым из которых становится тип создаваемого массива, а на месте второго стоит начальный список его значений. В данном случае i представляет собой целое знаковое число, занимающее 2 байта памяти. Вместо него можно использовать и другие примитивы, такие как 1-байтовый символ (c) или 4-байтовое число с плавающей точкой (f).
При этом важно помнить, что массив способен хранить только данные одного типа, иначе вызов программы завершится ошибкой.
Обратиться к элементу можно при помощи квадратных скобок, к примеру, data[2].
Добавление элемента
Чтобы добавить новый элемент в массив Python необходимо воспользоваться методом insert. Для этого потребуется вызвать его через созданный ранее объект и ввести в качестве аргументов два значения. Первое (4) отвечает за индекс нового элемента в массиве, то есть место, куда его следует поместить, а второе (3) представляет собой само значение.
Стоит помнить, что добавить в массив можно только данные того типа, к которому относится ранее созданный объект. При выполнении подобной операции количество доступных ячеек увеличивается согласно текущим потребностям программы.
Удаление элемента
В Python удалить ненужные элементы из массива можно при помощи метода pop, аргументом которого является индекс ячейки (3). Как и в случае с добавлением нового элемента, метод необходимо вызвать через ранее созданный объект, как это показано в примере.
После выполнения данной операции содержимое массива сдвигается так, чтобы количество доступных ячеек памяти совпадало с текущим количеством элементов.
Вывод
При работе с любыми данными в программе время от времени возникает необходимость в их проверке, что можно легко осуществить с помощью вывода на экран. Выполнить подобное действие поможет функция под названием print. Она принимает в качестве аргумента один из элементов созданного и заполненного ранее массива. В следующем примере его обработка производится при помощи цикла for, где каждый элемент массива data получает временный идентификатор i для передачи в упомянутый ранее метод print.
Результатом работы приведенного выше кода является вывод массива Python — перебор всех присвоенных ранее целочисленных значений и поочередный вывод в один столбец.
Получение размера
Поскольку размерность массива может меняться во время выполнения программы, иногда бывает полезным узнать текущее количество элементов, входящих в его состав. Функция len служит для получения длины (размера) массива в Python в виде целочисленного значения. Чтобы отобразить в Python количество элементов массива на экране стоит воспользоваться методом print.
Как видно из представленного выше кода, функция print получает в качестве аргумента результат выполнения len, что позволяет ей вывести числовое значение в консоль.
Двумерный массив
В некоторых случаях для правильного представления определенного набора информации обычного одномерного массива оказывается недостаточно. В языке программирования Python 3 двумерных и многомерных массивов не существует, однако базовые возможности этой платформы легко позволяют построить двумерный список. Элементы подобной конструкции располагаются в столбцах и строках, заполняемых как это показано на следующем примере.
Здесь можно увидеть, что основная идея реализации двумерного набора данных заключается в создании нескольких списков d2 внутри одного большого списка d1. При помощи двух циклов for происходит автоматическое заполнение нулями матрицы с размерностью 5×5. С этой задачей помогают справляться методы append и range, первый из которых добавляет новый элемент в список (0), а второй позволяет устанавливать его величину (5). Нельзя не отметить, что для каждого нового цикла for используется собственная временная переменная, выполняющая представление текущего элемента внешнего (j) или внутренних (i) списков. Обратиться к нужной ячейке многомерного списка можно при помощи указания ее координат в квадратных скобках, ориентируясь на строки и столбцы: d1[1][2].
Многомерный массив
Аналогично двумерному массиву, обратиться к ячейке построенного выше объекта можно с помощью индексов в квадратных скобках, например, d1[4][2][3].
Заключение
Для взаимодействия с наборами данных одного типа в языке программирования Python, как правило, используются массивы. Стандартная библиотека платформы позволяет достаточно эффективно работать с подобной структурой, предоставляя возможность манипулировать ее содержимым при помощи соответствующих функций. Кроме того, в Python поддерживается многомерное представление списков без ограничений на количество уровней.
Читайте также: