小編寫這篇文章的主要目的,主要是來給大家解答下關于python數(shù)學建模的一些相關的介紹,涉及到內(nèi)容涵蓋Numpy的一些相關的應用具體的一些介紹。另外,還會涉及到相關的Pandas學習知識,具體內(nèi)容下面給大家詳細解答下。
1 Numpy介紹與應用
1-1Numpy是什么
NumPy是一個運行速度非常快的數(shù)學庫,一個開源的的python科學計算庫,主要用于數(shù)組、矩陣計算,包含:
一個強大的N維數(shù)組對象ndarray廣播功能函數(shù)整合C/C++/Fortran代碼的工具線性代數(shù)、傅里葉變換、隨機數(shù)生成等功能1-2為什么選擇Numpy
對于同樣的數(shù)值計算任務,使用Numpy比直接編寫原生python代碼的優(yōu)點有:
代碼更簡潔:
Numpy直接以數(shù)組、矩陣為粒度計算并且支撐大量的數(shù)學函數(shù),而Python需要用for循環(huán)從底層實現(xiàn)
性能更高效:
Numpy的數(shù)組存儲效率和輸入輸出計算性能,比Python使用List或者嵌套List好很多
注意:Numpy的數(shù)據(jù)存儲和Python原生的List是不一樣的
加上Numpy的大部分代碼都是C語言實現(xiàn)的,這是Numpy比純Python代碼高效的原因
相關學習、代碼如下:須提前安裝好Numpy、pandas和matplotlib
Numpy終端安裝命令:pip install numpy
Pandas終端安裝命令:pip install pandas
Matplotlib終端安裝過命令:pip install matplotlib
#Software:PyCharm #Numpy是Python各種數(shù)據(jù)科學類庫的基礎庫 #比如:Pandas,Scipy,Scikit_Learn等 #Numpy應用: ''' NumPy通常與SciPy(Scientific Python)和Matplotlib(繪圖庫)一起使用,這種組合廣泛用于替代MatLab,是一個強大的科學計算環(huán)境,有助于我們通過Python學習數(shù)據(jù)科學或者機器學習。 SciPy是一個開源的Python算法庫和數(shù)學工具包。 SciPy包含的模塊有最優(yōu)化、線性代數(shù)、積分、插值、特殊函數(shù)、快速傅里葉變換、信號處理和圖像處理、常微分方程求解和其他科學與工程中常用的計算。 Matplotlib是Python編程語言及其數(shù)值數(shù)學擴展包NumPy的可視化操作界面。它為利用通用的圖形用戶界面工具包,如Tkinter,wxPython,Qt或GTK+向應用程序嵌入式繪圖提供了應用程序接口(API)。 ''' #安裝NumPy最簡單的方法就是使用pip工具: #pip3 install--user numpy scipy matplotlib #--user選項可以設置只安裝在當前的用戶下,而不是寫入到系統(tǒng)目錄。 #默認情況使用國外線路,國外太慢,我們使用清華的鏡像就可以: #pip install numpy scipy matplotlib-i.csv https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple #這種pip安裝是一種最簡單、最輕量級的方法,當然,這里的前提是有Python包管理器 #如若不行,可以安裝Anaconda【目前應用較廣泛】,這是一個開源的Python發(fā)行版 #安裝Anaconda地址:https://www.anaconda.com/ #安裝驗證 #測試是否安裝成功 from numpy import*#導入numpy庫 print(eye(4))#生成對角矩陣 #查看版本: import numpy as np print(np.__version__) #實現(xiàn)2個數(shù)組的加法: #1-原生Python實現(xiàn) def Py_sum(n): a=[i**2 for i in range(n)] b=[i**3 for i in range(n)] #創(chuàng)建一個空列表,便于后續(xù)存儲 ab_sum=[] for i in range(n): #將a、b中對應的元素相加 ab_sum.append(a<i>+b<i>) return ab_sum #調(diào)用實現(xiàn)函數(shù) print(Py_sum(10)) #2-Numpy實現(xiàn): def np_sum(n): c=np.arange(n)**2 d=np.arange(n)**3 return c+d print(np_sum(10)) #易看出使用Numpy代碼簡潔且運行效率快 #測試1000,10W,以及100W的運行時間 #做繪圖對比: import pandas as pd #輸入數(shù)據(jù) py_times=[1.72*1000,202*1000,1.92*1000] np_times=[18.8,14.9*1000,17.8*10000] #創(chuàng)建Pandas的DataFrame類型數(shù)據(jù) ch_lxw=pd.DataFrame({ 'py_times':py_times, 'np_times':np_times#可加逗號 }) print(ch_lxw) import matplotlib.pyplot as plt #線性圖 print(ch_lxw.plot()) #柱狀圖 print(ch_lxw.plot.bar()) #簡易箱線圖 print(ch_lxw.boxplot) plt.show()
線性圖運行效果如下:
柱狀圖運行效果如下:
2 NumPy Ndarray對象
NumPy最重要的一個特點是其N維數(shù)組對象ndarray,它是一系列同類型數(shù)據(jù)的集合,以0下標為開始進行集合中元素的索引。
ndarray對象是用于存放同類型元素的多維數(shù)組,其中的每個元素在內(nèi)存中都有相同存儲大小的區(qū)域。ndarray對象采用了數(shù)組的索引機制,將數(shù)組中的每個元素映射到內(nèi)存塊上,并且按照一定的布局對內(nèi)存塊進行排序(行或列)
ndarray內(nèi)部由以下內(nèi)容組成:
一個指向數(shù)據(jù)(內(nèi)存或內(nèi)存映射文件中的一塊數(shù)據(jù))的指針;
數(shù)據(jù)類型或dtype,描述在數(shù)組中的固定大小值的格子;
一個表示數(shù)組形狀(shape)的元組,表示各維度大小的元組;
一個跨度元組(stride),其中的整數(shù)指的是為了前進到當前維度下一個元素需要"跨過"的字節(jié)數(shù)。
相關學習、代碼如下:
''' 創(chuàng)建一個ndarray只需調(diào)用NumPy的array函數(shù)即可: numpy.array(object,dtype=None,copy=True,order=None,subok=False,ndmin=0) 參數(shù)說明: 名稱描述 object表示數(shù)組或嵌套的數(shù)列 dtype表示數(shù)組元素的數(shù)據(jù)類型,可選 copy表示對象是否需要復制,可選 order創(chuàng)建數(shù)組的樣式,C為行方向,F(xiàn)為列方向,A為任意方向(默認) subok默認返回一個與基類類型一致的數(shù)組 ndmin指定生成數(shù)組的最小維度 ''' #ndarray對象由計算機內(nèi)存的連續(xù)一維部分組成,并結(jié)合索引模式,將每個元素映射到內(nèi)存塊中的一個位置。 #內(nèi)存塊以行順序(C樣式)或列順序(FORTRAN或MatLab風格,即前述的F樣式)來保存元素 #學好Numpy,便于后期對Pandas的數(shù)據(jù)處理 #1:一維 import numpy as np lxw=np.array([5,2,0]) print(lxw) print() #2:多于一個維度 import numpy as np lxw2=np.array([[1,5,9],[5,2,0]]) print(lxw2) print() #3:最小維度 import numpy as np lxw3=np.array([5,2,0,1,3,1,4],ndmin=2)#ndmin:指定生成數(shù)組的最小維度 print(lxw3) print() #4:dtype參數(shù) import numpy as np lxw4=np.array([3,3,4,4],dtype=complex)#dtype:數(shù)組元素的數(shù)據(jù)類型[complex復數(shù)】 print(lxw4)
3 Numpy數(shù)據(jù)類型
numpy支持的數(shù)據(jù)類型比Python內(nèi)置的類型要多很多,基本上可以和C語言的數(shù)據(jù)類型對應上,其中部分類型對應為Python內(nèi)置的類型.
常用NumPy基本類型:
名稱描述
bool_:【布爾型數(shù)據(jù)類型(True或者False)】
int_:【默認的整數(shù)類型(類似于C語言中的long,int32或int64)】
intc:【與C的int類型一樣,一般是int32或int 64】
intp:【用于索引的整數(shù)類型(類似于C的ssize_t,一般情況下仍然是int32或int64)】
int8:【字節(jié)(-128 to 127)】
int16:【整數(shù)(-32768 to 32767)】
int32:【整數(shù)(-2147483648 to 2147483647)】
int64:【整數(shù)(-9223372036854775808 to 9223372036854775807)】
uint8:【無符號整數(shù)(0 to 255)】
uint16:【無符號整數(shù)(0 to 65535)】
uint32:【無符號整數(shù)(0 to 4294967295)】
uint64:【無符號整數(shù)(0 to 18446744073709551615)】
float_ float64:【類型的簡寫】
float16:【半精度浮點數(shù),包括:1個符號位,5個指數(shù)位,10個尾數(shù)位】
float32:【單精度浮點數(shù),包括:1個符號位,8個指數(shù)位,23個尾數(shù)位】
float64:【雙精度浮點數(shù),包括:1個符號位,11個指數(shù)位,52個尾數(shù)位】
complex_ complex128:【類型的簡寫,即128位復數(shù)】
complex64:【復數(shù),表示雙32位浮點數(shù)(實數(shù)部分和虛數(shù)部分)】
complex128:【復數(shù),表示雙64位浮點數(shù)(實數(shù)部分和虛數(shù)部分)】
相關學習、代碼如下:
''' #numpy的數(shù)值類型實際上是dtype對象的實例,并對應唯一的字符,包括np.bool_,np.int32,np.float32,等等。 ''' #Numpy類型對象: ''' dtype對象是使用以下語法構(gòu)造的: numpy.dtype(object,align,copy) object-要轉(zhuǎn)換為的數(shù)據(jù)類型對象 align-如果為true,填充字段使其類似C的結(jié)構(gòu)體。 copy-復制dtype對象,如果為false,則是對內(nèi)置數(shù)據(jù)類型對象的引用 ''' #1:使用標量類型 import numpy as np lxw=np.dtype(np.int32) print(lxw) print() #2:int8,int16,int32,int64四種數(shù)據(jù)類型可以使用字符串'i1','i2','i4','i8'代替 import numpy as np lxw2=np.dtype('i8')#int64 print(lxw2) print() #3:字節(jié)順序標注 import numpy as np lxw3=np.dtype('<i4')#int32 print(lxw3) print() #4:首先創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型 import numpy as np lxw4=np.dtype([('age',np.int8)])#i1 print(lxw4) print() #5:將數(shù)據(jù)類型應用于ndarray對象 import numpy as np lxw5=np.dtype([('age',np.int32)]) a=np.array([(10,),(20,),(30,)],dtype=lxw5) print(a) print() #6:類型字段名可以用于存取實際的age列 import numpy as np lxw6=np.dtype([('age',np.int64)]) a=np.array([(10,),(20,),(30,)],dtype=lxw6) print(a['age']) print() #7:定義一個結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型student,包含字符串字段name,整數(shù)字段age,及浮點字段marks,并將這個dtype應用到ndarray對象 import numpy as np student=np.dtype([('name','S20'),('age','i2'),('marks','f4')]) print(student)#運行結(jié)果:[('name','S20'),('age','<i2'),('marks','<f4')] print() #8: import numpy as np student2=np.dtype([('name','S20'),('age','i1'),('marks','f4')]) lxw=np.array([('lxw',21,52),('cw',22,58)],dtype=student2) print(lxw)#運行結(jié)果:[(b'lxw',21,52.)(b'cw',22,58.)] #每個內(nèi)建類型都有一個唯一定義它的字符代碼,如下: ''' 字符對應類型 b布爾型 i.csv(有符號)整型 u無符號整型integer f浮點型 c復數(shù)浮點型 m timedelta(時間間隔) M datetime(日期時間) O(Python)對象 S,a(byte-)字符串 U Unicode V原始數(shù)據(jù)(void) '''
4 Numpy數(shù)組屬性
在NumPy中,每一個線性的數(shù)組稱為是一個軸(axis),也就是維度(dimensions)。
比如說,二維數(shù)組相當于是兩個一維數(shù)組,其中第一個一維數(shù)組中每個元素又是一個一維數(shù)組。
相關代碼學習、如下:
#NumPy的數(shù)組中比較重要ndarray對象屬性有: ''' 屬性說明 ndarray.ndim秩,即軸的數(shù)量或維度的數(shù)量 ndarray.shape數(shù)組的維度,對于矩陣,n行m列 ndarray.size數(shù)組元素的總個數(shù),相當于.shape中n*m的值 ndarray.dtype ndarray對象的元素類型 ndarray.itemsize ndarray對象中每個元素的大小,以字節(jié)為單位 ndarray.flags ndarray對象的內(nèi)存信息 ndarray.real ndarray元素的實部 ndarray.imag ndarray元素的虛部 ndarray.data包含實際數(shù)組元素的緩沖區(qū),由于一般通過數(shù)組的索引獲取元素,所以通常不需要使用這個屬性。 ''' #ndarray.ndim #ndarray.ndim用于返回數(shù)組的維數(shù),等于秩。 import numpy as np lxw=np.arange(36) print(lxw.ndim)#a現(xiàn)只有一個維度 #現(xiàn)調(diào)整其大小 a=lxw.reshape(2,6,3)#現(xiàn)在擁有三個維度 print(a.ndim) print() #ndarray.shape #ndarray.shape表示數(shù)組的維度,返回一個元組,這個元組的長度就是維度的數(shù)目,即ndim屬性(秩)。比如,一個二維數(shù)組,其維度表示"行數(shù)"和"列數(shù)"。 #ndarray.shape也可以用于調(diào)整數(shù)組大小。 import numpy as np lxw2=np.array([[169,175,165],[52,55,50]]) print(lxw2.shape)#shape:數(shù)組的維度 print() #調(diào)整數(shù)組大小: import numpy as np lxw3=np.array([[123,234,345],[456,567,789]]) lxw3.shape=(3,2) print(lxw3) print() #NumPy也提供了reshape函數(shù)來調(diào)整數(shù)組大小: import numpy as np lxw4=np.array([[23,543,65],[32,54,76]]) c=lxw4.reshape(2,3)#reshape:調(diào)整數(shù)組大小 print(c) print() #ndarray.itemsize #ndarray.itemsize以字節(jié)的形式返回數(shù)組中每一個元素的大小。 #例如,一個元素類型為float64的數(shù)組itemsize屬性值為8(float64占用64個bits, #每個字節(jié)長度為8,所以64/8,占用8個字節(jié)),又如,一個元素類型為complex32的數(shù)組item屬性為4(32/8) import numpy as np #數(shù)組的dtype為int8(一個字節(jié)) x=np.array([1,2,3,4,5],dtype=np.int8) print(x.itemsize) #數(shù)組的dtypy現(xiàn)在為float64(八個字節(jié)) y=np.array([1,2,3,4,5],dtype=np.float64) print(y.itemsize)#itemsize:占用字節(jié)個數(shù) #拓展: #整體轉(zhuǎn)化為整數(shù)型 print(np.array([3.5,6.6,8.9],dtype=int)) #設置copy參數(shù),默認為True a=np.array([2,5,6,8,9]) b=np.array(a)#復制a print(b)#控制臺打印b print(f'a:{id(a)},b:{id(b)}')#可打印出a和b的內(nèi)存地址 print('='*20) #類似于列表的引用賦值 b=a print(f'a:{id(a)},b:{id(b)}') #創(chuàng)建一個矩陣 lxw5=np.mat([1,2,3,4,5]) print(type(lxw5))#矩陣類型:<class'numpy.matrix'> #復制出副本,并保持原類型 yy=np.array(lxw5,subok=True) print(type(yy)) #只復制副本,不管其類型 by=np.array(lxw5,subok=False)#False:使用數(shù)組的數(shù)據(jù)類型 print(type(by)) print(id(yy),id(by)) print('='*20) #使用數(shù)組的copy()方法: c=np.array([2,5,6,2]) cp=c.copy() print(id(c),id(cp)) print() #ndarray.flags ''' ndarray.flags返回ndarray對象的內(nèi)存信息,包含以下屬性: 屬性描述 C_CONTIGUOUS(C)數(shù)據(jù)是在一個單一的C風格的連續(xù)段中 F_CONTIGUOUS(F)數(shù)據(jù)是在一個單一的Fortran風格的連續(xù)段中 OWNDATA(O)數(shù)組擁有它所使用的內(nèi)存或從另一個對象中借用它 WRITEABLE(W)數(shù)據(jù)區(qū)域可以被寫入,將該值設置為False,則數(shù)據(jù)為只讀 ALIGNED(A)數(shù)據(jù)和所有元素都適當?shù)貙R到硬件上 UPDATEIFCOPY(U)這個數(shù)組是其它數(shù)組的一個副本,當這個數(shù)組被釋放時,原數(shù)組的內(nèi)容將被更新 ''' import numpy as np lxw4=np.array([1,3,5,6,7]) print(lxw4.flags)#flags:其內(nèi)存信息
Pandas學習
當然,做這些的前提是首先把文件準備好
文件準備:
文件太長,故只截取了部分,當然,此文件可自行弄類似的也可以!
1 pandas新增數(shù)據(jù)列
在進行數(shù)據(jù)分析時,經(jīng)常需要按照一定條件創(chuàng)造新的數(shù)據(jù)列,然后再進一步分析
直接賦值
df.apply()方法
df.assign()方法
按條件進行分組分別賦值
#1: import pandas as pd #讀取數(shù)據(jù) lxw=pd.read_csv('sites.csv') #print(lxw.head()) df=pd.DataFrame(lxw) #print(df) df['lrl']=df['lrl'].map(lambda x:x.rstrip('%')) #print(df) df.loc[:,'jf']=df['yye']-df['sku_cost_prc'] #返回的是Series #print(df.head()) #2: def get_cha(n): if n['yye']>5: return'高價' elif n['yye']<2: return'低價' else: return'正常價' df.loc[:,'yye_type']=df.apply(get_cha,axis=1) #print(df.head()) print(df['yye_type'].value_counts()) #3: #可同時添加多個新列 print(df.assign( yye_bh=lambda x:x['yye']*2-3, sl_zj=lambda x:x['sku_cnt']*6 ).head(10)) #4: #按條件先選擇數(shù)據(jù),然后對這部分數(shù)據(jù)賦值新列 #先創(chuàng)建空列 df['zyye_type']='' df.loc[df['yye']-df['sku_cnt']>8,'zyye_type']='高' df.loc[df['yye']-df['sku_cnt']<=8,'zyye_type']='低' print(df.head())
下面分別是每個小問對應運行效果:
2 Pandas數(shù)據(jù)統(tǒng)計函數(shù)
#Pandas數(shù)據(jù)統(tǒng)計函數(shù) ''' 1-匯總類統(tǒng)計 2-唯一去重和按值計數(shù) 3-相關系數(shù)和協(xié)方差 ''' import pandas as pd lxw=pd.read_csv('nba.csv') #print(lxw.head(3)) #1: #一下子提取所有數(shù)字列統(tǒng)計結(jié)果 print(lxw.describe()) #查看單個Series的數(shù)據(jù) print(lxw['Age'].mean()) #年齡最大 print(lxw['Age'].max()) #體重最輕 print(lxw['Weight'].min()) #2: #2-1唯一性去重【一般不用于數(shù)值項,而是枚舉、分類項】 print(lxw['Height'].unique()) print(lxw['Team'].unique()) #2-2按值計算 print(lxw['Age'].value_counts()) print(lxw['Team'].value_counts()) #3: #應用:股票漲跌、產(chǎn)品銷量波動等等 ''' 對于兩個變量X、Y: 1-協(xié)方差:衡量同向程度程度,如果協(xié)方差為正,說明X、Y同向變化,協(xié)方差越大說明同向程度越高; 如果協(xié)方差為負,說明X、Y反向運動,協(xié)方差越小說明方向程度越高。 2-相關系數(shù):衡量相似度程度,當他們的相關系數(shù)為1時,說明兩個變量變化時的正向相似度最大, 當相關系數(shù)為-1,說明兩個變化時的反向相似度最大。 ''' #協(xié)方差矩陣: print(lxw.cov()) #相關系數(shù)矩陣: print(lxw.corr()) #多帶帶查看年齡和體重的相關系數(shù) print(lxw['Age'].corr(lxw['Weight'])) #Age和Salary的相關系數(shù) print(lxw['Age'].corr(lxw['Salary'])) #注意看括號內(nèi)的相減 print(lxw['Age'].corr(lxw['Salary']-lxw['Weight']))
3 Pandas對缺失值的處理
特殊Excel的讀取、清洗、處理:
#Pandas對缺失值的處理 ''' 函數(shù)用法: 1-isnull和notnull:檢測是否有控制,可用于dataframe和series 2-dropna:丟棄、刪除缺失值 2-1 axis:刪除行還是列,{0 or'index',1 or'columns'},default() 2-2 how:如果等于any,則任何值都為空,都刪除;如果等于all所有值都為空,才刪除 2-3 inplace:如果為True,則修改當前dataframe,否則返回新的dataframe 2-4 value:用于填充的值,可以是單個值,或者字典(key是列名,value是值) 2-5 method:等于ffill使用前一個不為空的值填充forword fill;等于bfill使用后一個不為空的值填充backword fill 2-6 axis:按行還是按列填充,{0 or"index",1 or"columns"} 2-7 inplace:如果為True則修改當前dataframe,否則返回新的dataframe ''' #特殊Excel的讀取、清洗、處理 import pandas as pd #1:讀取excel時,忽略前幾個空行 stu=pd.read_excel("Score表.xlsx",skiprows=14)#skiprows:控制在幾行以下 print(stu) #2:檢測空值 print(stu.isnull()) print(stu['成績'].isnull()) print(stu['成績'].notnull()) #篩選沒有空成績的所有行 print(stu.loc[stu['成績'].notnull(),:]) #3:刪除全是空值的列: #axis:刪除行還是列,{0 or'index',1 or'columns'},default() #how:如果等于any,則任何值都為空,都刪除;如果等于all所有值都為空,才刪除 #inplace:如果為True則修改當前dataframe,否則返回新的dataframe stu.dropna(axis="columns",how="all",inplace=True) print(stu) #4:刪除全是空值的行: stu.dropna(axis="index",how="all",inplace=True) print(stu) #5:將成績列為空的填充為0分: stu.fillna({"成績":0}) print(stu) #同上: stu.loc[:,'成績']=stu['成績'].fillna(0) print(stu) #6:將姓名的缺失值填充【使用前面的有效值填充,用ffill:forward fill】 stu.loc[:,'姓名']=stu['姓名'].fillna(method='ffill') print(stu) #7:將清洗好的Excel保存: stu.to_excel("Score成績_clean.xlsx",index=False)
綜上所述,這篇內(nèi)容就給大家介紹到這里了,希望可以給各位讀者帶來幫助。
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摘要:在本節(jié)中,我們將看到一些最流行和最常用的庫,用于機器學習和深度學習是用于數(shù)據(jù)挖掘,分析和機器學習的最流行的庫。愿碼提示網(wǎng)址是一個基于的框架,用于使用多個或進行有效的機器學習和深度學習。 showImg(https://segmentfault.com/img/remote/1460000018961827?w=999&h=562); 來源 | 愿碼(ChainDesk.CN)內(nèi)容編輯...
摘要:數(shù)據(jù)分析的發(fā)展方向一般有商業(yè)方向,行業(yè)分析業(yè)務方向,和機器學習數(shù)據(jù)挖掘方向。機器學習的書籍推薦統(tǒng)計學習方法,機器學習,機器學習實戰(zhàn)三本書。 作者:xiaoyu 微信公眾號:Python數(shù)據(jù)科學 知乎:python數(shù)據(jù)分析師 上一篇主要分享了博主親身轉(zhuǎn)行數(shù)據(jù)分析的經(jīng)歷: 【從零學起到成功轉(zhuǎn)行數(shù)據(jù)分析,我是怎么做的?】 本篇繼上一篇將分享轉(zhuǎn)行數(shù)據(jù)分析的一些經(jīng)驗和學習方法,看完這篇你將會解...
摘要:在上篇文章里,為大家推薦了一些數(shù)學學習的軟件和微積分線性代數(shù)概率統(tǒng)計的學習視頻,今天再推薦一些精心挑選的經(jīng)典教材,并為大家提供電子書的下載鏈接,和視頻搭配起來一起學習,效果會更好。我們要使用的以及等都包含在里面,無需額外下載。 在上篇文章里,為大家推薦了一些數(shù)學學習的軟件和微積分、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計的學習視頻,今天再推薦一些精心挑選的經(jīng)典教材,并為大家提供電子書的下載鏈接,和視頻搭配起...
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