《Python数据分析与应用案例教程》教案 第4课NumPy库（一）.docx

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1、课题第4课NumPy库(一)课时2 课时(90 min )教学目标知识技能目标：(1 )掌握创建NumPy数组的方法(2 )掌握数组数组属性的查看方法(3 )能使用NumPy创建不同形式的数组素质目标：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：创建NumPy数组的方法 教学难点：创建NumPy数组的方法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节课：问题导入(8 min ) 一传授新知(20 min ) 一课堂

2、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迸行签到【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 Python数据分析常用类库，回忆一下NumPy库是什么？【学生】思考、举手回答通过提问的方 法，了解学生对已 学知识的掌握程 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NumPy库的相关知识创建数组【教师】提出问题什么是ndarray对象？小【学生】聆听、思考、主动回答问

3、题许【教师】总结学生的回答，并讲解新知NumPy (使用之前须安装)定义了一个n维数组对象，简称ndarray对象， 它是一个由一系列相同数据类型的元素组成的数据集合.下面介绍几种创建数组 的常用函数。1 . array。函数通过教师讲解、 课堂讨论、多媒体 演示等方式，使学 生了解创建数组， 查看数组属性等中【教师】多媒体出示array。的格式（详见教材），并详细讲解函数中各部 分代表的意义numpy.array（object,（itype=None）其中,objcci表示序列;如列表、元组等,序列的维度决定了数组的维度； dtypc表示数组元素的数据类型，如果设置了数据类型，则序列中元素的

4、数据类型会 自动转换为dtype类型,默认为传入序列的数据类型。【提示】教师讲解array。函数的拓展知识【学生】聆听,思考【教师】多媒体出示NumPy中常用的数据类型表格（详见教材），并详细 讲解各种数据类型的说明相关内容类型说明类型说明bool布尔类型，值为True 或 Falsefloat 16半精度浮点数（16位）str字符型float32单精度浮点数（32位）ini8、uint8有符号和无符号的8位 整数float64/flo at双精度浮点数（64位）int!6xuin(16有符号和无符号的16 位整数complex64复数，用两个32位浮点 数表示实部和虚部int32/intK

5、uint32有符号和无符号的32 位整数complex 12 8复数，用两个64位浮点 数表示实部和虚部inl64、uint64有符号和无符号的64 位整数计【教师】按照教材步骤逐步进行演示例2-1（详见教材）的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库arrl = np.array（l, 2, 3）#使用列表创建一维数组print（一维数组 arrl ： n arrl）#输出一维数组 arrl#使用元组创建一维数组，并设置数据类型为int32arr2 = np.array（4.5, 5.6, 6.8）, dtype-int32）print（一维数组 arr2 ：

6、 n arr2）#输出一维数组 arr2#使用二维列表创建二维数组，并设置数据类型为float32arr3 = np.array（l, 2, 3, 4, 5. 6, dtype=float32）printC 2x3 的二维数组 arr3 ： n. arr3）#输出二维数组 arr3（详见教材）“【学生】现察、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“【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导讣【教师】提出学习任务，请学生进行小组讨论根据运行结果（详见教材），请同学们分析一下程序，并进行解释说明。绛Q姐arrL e. e.二嬉Q俎 （0. 0.

7、 0. 0. 0. 0.-HMWarrJj 1. 1. 1.1 二维 ItlflarM: （1. 1. U （1. 1. 1.） （1. 1. 1.11 一绛1.7882857X W。3.22649121c-307 2.78148153e【教师】多媒体出示empty。函数的格式（详见教材），并详细讲解函数的作用cmply()函数用于创建未初始化的数组，即只分配了内存空间，数组中的元素 值是随机的，其一般格式如下。numpy.empty(shape, dtype-float)import numpy as np arrl = np.zeros(2) 钟输出一维数组arrlA【教师】按照教材步骤逐

8、步进行演示例2-2 (详见教材)的程序编写步骤：#导入numpy库#创建包含2个元素，其值都为0的一维数组printC一维数组 arrl ： n, arrl)arr2 = np.zcros(2, 3)#创建元素值都为。的2 x 3的二维数组蝴出二维数组arr2print(二维数组 arr2 : n, arr2)arr3 = np.ones(3)#创建包含3个元素，其值都为1的一维数组(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 对比程序运行结果小【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导A【教师】提出学习任务，请学生进行小组讨论根据运行

9、结果(详见教材)，请同学们分析一下程序,并进行解释说明。【学生】聆听、思考、分组讨论、小组代表回答问题*【教师】总结学生的回答,并对程序进行说明未初始化的数组arr5中的元素值都是随机的，而未初始化的数组arr6的数据 类型设置为了 int,所以数组元素值都为0。5 . arange。函数小【教师】多媒体出示arangeO函数的格式(详见教材)，并详细讲解函数的 作用及各部分的意义arangeO函数用于在指定数值区间创建一个数组，类似Python的内置函数 range。,其一般格式如下。numpy.arange(start, stop. step. dtype=None)其中，scan表示起始

10、值，默认为0 ； stop表示终止值(不含)；step表示步长， 默认为1。十【教师】提出问题举例说明arangc()函数表示的意义.计【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arr = np.arange(I. 12. 3)#创建I J2)区间，步长为3的数组6 . linspaceO函数中【教师】多媒体出示linspaceO函数的格式(详见教材)，并详细讲解函数 的作用及各部分的意义linspaceO函数用于在指定数值区间创建一个等差数组，其一般格式如下。numpy.linspace(start, stop, num=50, endpoinl=Truc. rets

11、tcp=False, dtype=None)其中，num表示数值区间内等差的元素个数,默认为50 ； endpoint表示数组是 否包含stop的值，如果为True则包含，否则不包含，默认为True ； retstep表示数组 中是否显示公差，如果为True则显示,否则不显示，默认为False,A【教师】提出问题举例说明linspaceO函数表示的意义。【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#创建0,10区间,元素个数为6的等差数组arr = np.linspace(0. 1(). num=6)7 . logspaceO函数+【教师】多媒体出示logspace。函数

12、的格式(详见教材)，并详细讲解函数 的作用及各部分的意义logspace。函数用于在指定数值区间创建一个等比数组，其一般格式如下。nutnpy.logspacc(start, stop, num=50, cndpoin(=True, basc= 10.0, d(ype=None)其中，start表示起始值的指数；stop表示终止值的指数；base表示对数函数的 底数，默认为10。【教师】提出问题举例说明logspace。函数表示的意义。小【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#创建指数区间为0,5),元素个数为5 ,底数为10的等比数组arr = np.logspa

13、ce(0. 5. nuin=5, endpoint=False)中【教师】提出问题针对例2-3 (详见教材)，同学们有哪些想法？【学生】聆听、思考、主动回答问题【教师】总结学生的回答,并讲解新知成绩数组的区间为0150,步长为10 ；身高等差数组的区间为11.5.2.5,公差为 0.1 (单位为m ),通过计算可得元素个数为II ；棋盘麦粒等比数组的指数区间为 0,63 f元素个数为64,底数为20【教师】按照教材步骤逐步迸行演示例2-3(详见教材)的程序编写步骤：import numpy as np#导入 numpy 库呢!J建成绩数组scorescore = np.arange（O, 16

14、0, 10. dtype=int）prinl（成绩数组 score ： n score）#输出 score舱！J建身高等差数组heightheight = np.linspace（!.5. 2.5, i 1, retstep=True）prinlC身高等差数组 height ： n height）#输出 height呢!）建棋盘麦粒等比数组wheatwheat = np.logspace（0, 63, 64, base=2, dtype=uint64）print（棋盘麦粒等比数组wheat ： n, wheat）#输出wheat（详见教材）【学生】现察、记录、理解）【学生】教师演示完成后，学生

15、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【教师】巡视课堂记录，对学生进行个别指导中【教师】提出学习任务，请学生进行小组讨论根据运行结果（详见教材）请同学们分析一下程序，并进行解释说明。成绩数组score：0 10 20 30 40 5060 70 80 90 100 110120 130 140 150身高等差数组height：(array(l.5, 1.6, 1.7, 119,，九1,9.3, 2.4, 2.5), 0.1)根檎麦粒等比数组wheat： 12481632641282565121024204840968192163843276865536131072262144

16、5242881048576209715241943048388608167772163355443267108864134217728268435456536870912计【学生】聆听、思考、分组讨论、小组代表回答问题【教师】总结学生的回答，并对程序进行说明使用logspace（）函数生成等比数组时，由于后面生成的数据太大，dtype须设置 为uin164类型，否则会出现溢出现象，输出重复的大负数。【拓展阅读】请同学们扫描二维码查看利用NumPy生成随机数数组【学生】聆听，扫描二维码、思考【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论【教师】讲述“知类通达”知识，提出以下问题让学生分组讨论：通过课堂讨

17、论，/ in min、加深学生对I xu rnin)联系日常生活，说一说你有哪些启示？NumPy库创建数【学生】聆听、结组、思考、讨论、派代表发表讨论结果【教师】总结学生的回答组的灵活应用第二节课问题导入（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，讲解查看数组属性，数组索引与切片的相 关内容查看数组属性【教师】多媒体展示NumPy数组的基本属性表格（详见教材），详细讲解 数组的基本属性通过教师讲解 和课

18、堂讨论，使学 生了解直看数组 属性的相关内容属性说明ndim数组的维度shape数组的形状，返回一个元组5,）,表示，行列size数组中元素的总个数，等于shape属性中元组元素值的乘积， 即mxndtype数组中元素的数据类型【教师】按照教材步骤逐步进行演示例2-4 （详见教材）的程序编写步骤： import numpy as np#导入 nunipy 库#创建4x3的整数数组air = np.array（l,2, 3, 4,5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12）print（14x3的整数数组：n arr）#输出数组print（数组的 ndim 属性：arr.ndim）#输出

19、ndim 属性prinlC数组的 shape 属性：arr.shapc）#输出 shape 属性print（数组的size属性： arr.size）#输出size属性priniC数组的 dtype 属性：arr.dtypc）#输出 dtype 属性（详见教材）中【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 对比程序运行结果中【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、记录课堂讨论(12 min)【教师】提出学习任务，请学生分小组讨论，完成学习任务查找资料，说一说数组函数都能用来处理哪些问题？【学生】聆听、结组、思考、讨论、派

20、代表发表讨论结果【教师】聆听并评价学生的回答通过课堂讨论， 使学生能够了解 更多关于数组的 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，包括创建数组，查看数组的属性等相关内 容，希望大家在课下多加练习，巩固所学知识，为以后的学习打下基础。【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】布置课后作业完成课后本章考核2”的习题。【学生】完成课后任务通过课后作业 复习巩固学到的 知识才是高理论接 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 涉及函数较多，学生容易混淆，下节课需要多复习相关知识.