《Python数据分析与应用案例教程》教案 第5课NumPy库（二）.docx

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1、课题第5课NumPy库（二）课时2 课时(90 min )教学目标知识技能目标：（1 ）掌握NumPy中数组索引与切片的使用方法（2 ） 了解NumPy中数组运算的方法（3 ） 了解NumPy中常用的数学运算函数（4 ）能使用NumPy并进行数组索引与切片素质目标：提高选择合适方法解决不同问题的能力教学重难点教学重点：NumPy中数组运算的方法教学难点：NumPy中常用的数学运算函数教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、APP教学设计第1节课：考勤（2 min ） 一问题导入（5 min ） 一传授新知（28 min ）一课堂讨论（10 min ）第

2、2节课：问题导入（8 min ） 一传授新知（20 min ）一课堂讨论（12 min ）一课堂小结（3 min ）一作 业布置（2 min ）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤(2 min)【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组 织纪律性，掌握学 生的出勤情况问题导入（5 min）【教师】提出问题我们已经学习了 NumPy库的相关知识，回忆一下什么是数组?【学生】思考、举手回答通过提问的方 法，了解学生对上 节课知识的拿握 程度，进而引出新 知传授新知 （28 min）【教师】总结学生的回答，并引入新知，讲解数组的索引与切片的相关知识数组的索引与切片【教师

3、】提出问题在NumPy中，如果想要访问或修改数组中的元素，需要做什么？【学生】聆听、思考、主动回答问题+【教师】总结学生的回答，并讲解新知在NumPy中，如果想要访问或修改数组中的元素，可以采用索引或切片的方式。 索引与切片的区别是索引只能获取单个元素，而切片可以获取一定范围的元素。1 .一维数组的索引与切片计【教师】多媒体出示一维数组索引切片的格式（详见教材），并详细讲通过教师讲解、 课堂讨论、多媒体 演示等方式，使学生了解数组的索 引与切片等相关 内容生了解数组的索 引与切片等相关 内容解各部分表示的内容arrayindcx#一维数组的索引arraylstart:stop:step#一维数

4、组的切片其中，index表示索引，从0开始；start表示起始索引，默认为0 ； st叩表示终 止索引（不含）；step表示索引步长，默认为1 ,不能为0.【教师】提出问题：创建一维数组arr = np.arrayd 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9），使用索引和切片获取数组中 元素的几种情况，代码的格式是怎么样的呢？小【学生】聆听、思考、主动回答问题小【教师】总结学生的回答，并讲解新知arr2#获取索引为2的元素，结果为3arrll:5打获取索引从1到5 （不含）的所有元素，结果为2 3 45arr:8:2#获取索引从0到8 （不含）步长为2的所有元素，结果为1 3 5 7|

5、arr:3#获取索引从0到结束步长为3的所有元素，结果为1 4 72.二维数组的索引与切片）【教师】多媒体出示二邮组索引切片的格式（详见教材），并详细讲解 各部分表示的内容arrayrow_indcx, column_indcx#二维数组的索引#二维数组的切片arrayrow_start:row_stop:row_step,column_start:column_stop:column_step十【教师】按照教材步骤逐步进行演示例25 （详见教材）的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库arr = np.array（l, 2,3,4, 5, 6, 7, 8,

6、9, 10, H, 12）prin43x4 的数组：n, arr）print（第 I 行第 3 列的元素：arr（）. 2）prin【（第 I 2 行第 2 3 列的元素：n arr0:2, 1:3）print（第3行、列步长为2的元素：arr2, :2J）print（行步长为2、第1 2列的元素：n, arr（:2,）（详见教材）【学生】观察、记录、理解计【学生】教师演示完成后，学生按照教材提示和教师演示进行实际操作， 并对比程序运行结果（详见教材）【教师】巡视课堂记录,对学生进行个别指导3.高级索引数组还能通过整数数组索引和布尔型索引获取数据。1 ）整数数组索引【教师】多媒体出示示例（详见

7、教材），并详细讲解整数数组索引整数数组索引是指将整型数组作为索引，获取二维数组中的任意行或元素，按索引顺序返回新的数组。例如：arrl,0, 2#获取第2、1和3行的所有元素#获取第1行第2列、第2行第4列、第3行第3列的元素arr0,1,2, 1,3,2上述代码中，将整数数组作为索引时，如1,0. 2,分别获取索引数组中元 素对应的行；将以逗号:分隔的整数数组作为索引时，如g1,2, 1,3, 2, 可以将其组合得到(0,1)、(1,3)、(2,2),分别获取行、列索引对应位置的元素。2)布尔型索引*【教师】多媒体出示示例(详见教材)，并详细讲解布尔型索引布尔型索引是指将布尔表达式作为索引，

8、获取数组中布尔表达式为True的位置 对应的元素，返回新的一维数组。例如：arrarr= 5#获取数组中等于5的所有元素arrarr 5#获取数组中大于5的所有元素#获取数组中大于5且小于10的所有元素arr(arr 5) & (arr = 10) | (aiT = 80) & (arr = 100)prinl。小于等于80的所有元素：,arrarr = 80)(详见教材)*【学生】观察、记录、理解+【学生】教师演示完成后，学生按照教材提示和教师演示进行实际操作， 并对比程序运行结果(详见教材)【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论(10 min)【教师

9、】提出以下问题让学生分组讨论：整数数组索引与布尔型索引有哪些区别？3课堂讨论， 加深学生对数组 的索引和切片的 理解【学生】聆听、结组、思考、讨论、派代表发表讨论结果【教师】总结学生的回答第二节课问SS导入(8 min)【教师】提出问题我们已经学习了利用NumPy库创建数组，那么数组有哪些属性呢？【学生】聆听、思考、回答问题通过提问的方 法，引导学生主动 思考，激发学生的 学习兴趣传授新知（20 min）【教师】总结学生的回答，并引入新知，讲解数组的运算及数学运算函数的相关 内容数组的运算1 .算术运算相同形状的数组在进行算术运算时，即将数组中对应位置的元素值进行算术运 算，如加（ + ）、减

10、（-）、乘（*）、除（/）、幕（*）运算等。）【教师】按照教材步骤逐步进行演示例2-7 （详见教材）的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库#创建2x3的数组arrl = np.array（ 10. 20. 30, 40. 50, 60）print（2x3 的数组 arri ： n arrl）#创建2x3的数组arr2 = np.array（l, 2, 2, 2, 2. 3）print（2x3 的数组 arr2 ： n arr2）（详见教材）小【学生】观察、记录、理解+【学生】教师演示完成后，学生按照教材提示和教师演示进行实际操作，并 对比程序运行结果（详见教

11、材）小【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导2 .数组广播NumPy中的广播机制用于解决不同形状数组之间的算术运算问题，它是将形状 较小的数组，在横向或纵向上进行一定次数的重复，使其形状与形状较大的数组相同。【教师】按照教材步骤逐步迸行演示例2-8（详见敕材）的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库#创建2x3的数组arrl = np.arraydl 10. 20. 30J. 140.50.60）arr2 = np.array（ 1.2, 31）#创建 1 * 3 的数组print（arrl 与 arr2 相力口: n, arrl + arr2）arr3 =

12、 np.arraydll , （2）#创建 2x 的数组print（arri 与 arr3 相力口 ： n, arrl + arr3）通过教师讲解 和课堂讨论，使学 生了解数值的运 算，数学运算函数 的相关内容arr4 = np.array（5）舱！J 建 1 x 1 的数组print（arrl 与 arr4 相加：n, arrl + arr4）（详见教材）*【学生】观察、记录、理解小【学生】教师演示完成后,学生按照教材提示和教师演示进行实际操作,并 对比程序运行结果（详见教材）+【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导小【教师】提出问题对照例2-8程序运行结果，说一说程序是如何运行的？【学生

13、】聆听、思考、主动回答问题中【教师】总结学生的回答，并讲解新知当2x3的数组arrl与1 x3的数组arr2相加时，arr2在纵向上重复2次，从而生 成2x3的数组，再与arrl进行加法运算；当arrl与2x 1的数组arr3相加时，arr3在 横向上重复3次，从而生成2x3的数组，再与an l进行加法运算；当arrl与1 x 1的 数组an-4相加时，arr4在横向上重复3次、在纵向上重复2次，从而生成2x3的数 组，再与arrl进行加法运算。【提示】教师讲解形状不同的数组A【学生】聆听，思考3.数组转置A【教师】提出问题什么是数组转置？数组转置的格式是什么样的？【学生】聆听、思考、主动回答

14、问题*【教师】总结学生的回答，并讲解新知数组转置是指将数组的行与列转换，即第1行变成第1列，第2行变成第2 歹1，依次类推，如4x3的数组转置为3x4的数组。在NumPy中，数组转置可以使用 数组的T属性实现，其一般格式如下。array2 = array 1.T4.数组变形计【教师】提出问题什么是数组变形？数组变形的格式是什么样的？*【学生】聆听、思考、主动回答问题*【教师】总结学生的回答，并讲解新知数组变形就是改变数组的形状，如2x6的数组变为3x4的数组。需要注意的 是，数组变形是基于数组元素不发生改变的情况下实现的，变形后数组元素的个数必 须与原数组元素的个数相同，否则会出现错误。在Nu

15、mPy中，数组变形可以使用resh叩eO函数实现，其一股格式如下。array2 = array Lreshape（in. n）其中，arrayl表示原数组，anay2表示变形后的数组，m和n表示变形后数组 的行数和列数.小【教师】按照教材步骤逐步进行演示例2-9（详见教材）的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库#随机生成1.100）的3x4的数组arr = np.random.randint（ 1, 100, size=（3,4）print（3x4 的原数组：n, arr）print（转置后 4x3 的数组:n arr.T）prinlf变形后 2x6 的数组

16、：n, arr.rcshapc（2, 6）（详磁材）小【学生】观察、记录、理解【学生】教师演示完成后，学生按照教材提示和教师演示进行实际操作，并 对比程序运行结果（详见教材）中【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导常用的数学运算函数【教师】多媒体出示NumP、中数学运算函数表格（详见教材），并详细讲 解各种数学运算函数的说明函数说明add。、subtract)x mulliply。、divide。、 mod()数组的加、减、乘、除、求余运算abs。、sqrl。、square()计算数组中各元素的绝对值、平方根、平方log()x Iog2()x log 10()计算数组中各元素的以e、2、10

17、为底的对数power()计算以第一个数组中的元素为底数，第二个数组中相应元 素为指数的幕reciprocal()计算数组中各元素的倒数around。、ceil。、 floor()计算数组中各元素指定小数位数的四舍五入值、向上取整 值、向下取整值sin()、cos。、tan()计算数组中各元素的正弦值、余弦值和正切值，参数为弧 度sign()获取数组中各元素的符号值，如1 （正号）、0、-1 （负号）【教师】按照教材步骤逐步迸行演示例2-10 (详见教材)的程序编写步骤：import numpy as nparrl = np.random.randint( 1.10, size=(3, 3)pr

18、intf随机生成的二维整数数组： ji. arrl)arr2 = np.randoin.randint(l, 10, size=3)prinlf随机生成的一维整数数组arr2 ： n arr2)arr3 = np.random.rand(3, 3) * 10print(随机生成的二维小数数组arr3 ： n arr3)print(arrl 和 arr2 相力口 ： n np.add(arrl, arr2)print(arrl 和 arr3 相乘：n np.nmltiply(aiTl. arr3)(详见教材)*【学生】观察、记录、理解小【学生】教师演示完成后,学生按照教材提示和教师演示进行实际操

19、作,并 对比程序运行结果(详见教材)+【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导小【教师】提出问题对照例2-9程序运行结果，说一说程序是如何运行的？，【学生】聆听、思考、主动回答问题【教师】总结学生的回答，井洪解新知powerO函数中，幕运算的结果数值很大，远远超过了默认的数据类型int32所能 包含的最大整数，因此在计算时须设置数据类型为int64 ； reciprocal。函数中，倒数计 算的结果默认的数据类型也为int32 ,而结果都为小于1的小数，因此在计算时须设 置数据类型为float ； around()函数中,decimals参数表示小数点后保留的位数；cos() 函数中，将数组中

20、的元素转化为弧度,pi为NumPy中的常量。【学生】聆听、思考、理解、记录课堂实践(12 min)【教师】提出学习任务，请学生分小组讨论，完成学习任务请同学们运用本节课所学知识随机创建二维数组，并进行简单数学运算。【学生】聆听、结组、思考、讨论、写代码、派代表发表讨论结果+【教师】聆听学生的回答通过课堂实训， 使学生能够了解 更多关于NumPy 库的知识课堂小结(3 min)【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了 NumPy库的相关知识，包括数组的索引与切片，数组运算的属性 等相关内容，希望大家在课下多加练习，巩固所学知识，为以后的学习打卜基础。【学生】总结回顾知识点总结知识点巩 固学生对相关知 识的印象作业布置 (2 min)【教师】布置课后作业(1 )完成课后本章考核2的习题。(2)预习Pandas库的内容。【学生】完成课后任务通过课后作业 复习巩固学到的 知识，提高理论接 收能力教学反思本次课让学生了解了 NumPy库的相关知识，让学生通过大量例题熟悉关于数组的相关知识，本节课 涉及程序较多，难度较大，所以一部分学困生没有跟上进度，下节课需要多练习相关知识。