إنشاء مصفوفات NumPy: دليل شامل

تُعد مكتبة NumPy حجر الزاوية في نظام الحوسبة العلمية في بايثون. تكمن قوتها في مصفوفة ndarray (المصفوفة متعددة الأبعاد)، وهي بنية بيانات عالية الكفاءة تُمكّن من إجراء عمليات حسابية رقمية سريعة على مجموعات بيانات واسعة. يتناول هذا البرنامج التعليمي إنشاء مصفوفات NumPy متنوعة، مع التركيز على العديد من أنواع المصفوفات الأساسية.

جدول المحتويات

1. إنشاء مصفوفات من الأصفار
2. إنشاء مصفوفات من الواحدات
3. إنشاء مصفوفات الوحدة والقطرية
4. إنشاء مصفوفات مثلثة
5. إنشاء مصفوفات بقيمة ملء محددة
6. إنشاء مصفوفات بقيم عشوائية

إنشاء مصفوفات من الأصفار

يُعد إنشاء مصفوفات مليئة بالأصفار مهمة متكررة. تُبسّط دالة zeros() في NumPy هذه العملية. تقبل هذه الدالة شكل المصفوفة (عدد صحيح واحد لـ 1D أو مجموعة لـأبعاد أعلى) وحجة dtype اختيارية لتحديد نوع البيانات.

import numpy as np

# مصفوفة أحادية البعد من الأصفار
zeros_1d = np.zeros(5)
print("مصفوفة الأصفار أحادية البعد:n", zeros_1d)

# مصفوفة ثنائية البعد من الأصفار
zeros_2d = np.zeros((3, 4), dtype=int) # نوع البيانات الصريح من أجل الوضوح
print("nمصفوفة الأصفار ثنائية البعد:n", zeros_2d)

إنشاء مصفوفات من الواحدات

وبالمثل، تُنشئ دالة ones() مصفوفات مُبدئية بالواحدات. تستخدم نفس الحجج مثل zeros(): الشكل ونوع البيانات.

import numpy as np

# مصفوفة أحادية البعد من الواحدات
ones_1d = np.ones(4, dtype=float) # من الأفضل استخدام نوع البيانات الصريح
print("مصفوفة الواحدات أحادية البعد:n", ones_1d)

# مصفوفة ثنائية البعد من الواحدات
ones_2d = np.ones((2, 3))
print("nمصفوفة الواحدات ثنائية البعد:n", ones_2d)

إنشاء مصفوفات الوحدة والقطرية

تُنشئ دالة eye() مصفوفات تحتوي على الواحدات على طول القطر الرئيسي والأصفار في أماكن أخرى (مصفوفة الوحدة للمصفوفات المربعة). تسمح حجة k الاختيارية بتحديد إزاحة للقطر.

import numpy as np

# مصفوفة الوحدة 3x3
identity_matrix = np.eye(3)
print("مصفوفة الوحدة:n", identity_matrix)

# مصفوفة 3x3 مع الواحدات على القطر المُزاح بمقدار 1
offset_diagonal = np.eye(3, k=1)  # k=1 يُزاح القطر موضعًا واحدًا إلى اليمين
print("nالقطر مُزاح بمقدار 1:n", offset_diagonal)

إنشاء مصفوفات مثلثة

يوفر NumPy دالتي triu() (المثلث العلوي) و tril() (المثلث السفلي) لاستخراج أو إنشاء أجزاء مثلثة من المصفوفات. تصبح العناصر أسفل (triu) أو أعلى (tril) القطر الرئيسي صفراً.

import numpy as np

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

upper_triangular = np.triu(array)
print("المصفوفة المثلثة العلوية:n", upper_triangular)

lower_triangular = np.tril(array)
print("nالمصفوفة المثلثة السفلى:n", lower_triangular)

إنشاء مصفوفات بقيمة ملء محددة

تتيح لك دالة full() إنشاء مصفوفات مليئة بأي قيمة محددة.

import numpy as np

filled_array = np.full((2,3), 7)
print(filled_array)

إنشاء مصفوفات بقيم عشوائية

يوفر مُعامل random في NumPy دوال لإنشاء مصفوفات بأعداد عشوائية من توزيعات مختلفة. على سبيل المثال، تُنشئ rand() مصفوفة من الأعداد العائمة العشوائية بين 0 و 1.

import numpy as np

random_array = np.random.rand(3, 2)
print(random_array)

يغطي هذا البرنامج التعليمي تقنيات إنشاء مصفوفات NumPy الأساسية. إتقان هذه التقنيات ضروري للتعامل الفعال مع البيانات وتحليلها في الحوسبة العلمية وعلوم البيانات.