如何使用 NumPy 從列表中選擇具有不同機率的元素？

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使用 numpy 庫有多種方法可以從列表中選擇具有不同機率的元素。

在 Python 中，NumPy 庫提供了一個名為 **random** 的模組，其中包含多個函式，例如 **choice()**、**multinomial()** 等，用於根據不同機率從陣列中選擇元素。列表中定義的所有機率值的總和應等於 1。讓我們逐一檢視每種方法。

使用 random.choice() 函式

random 模組提供了 **choice()** 函式，該函式用於根據指定的機率分佈從給定的 **1-d** 陣列中計算隨機樣本。以下是使用 **choice()** 函式的語法。

numpy.random.choice(list,size = (rows,columns),p = probability_values)

其中，

• **numpy** 是庫。

• **random** 是 numpy 中的模組。

• **choice** 是獲取具有定義機率的元素的函式

• **size** 是具有定義的行數和列數的陣列大小。

• **list** 是元素列表。

• **p** 是機率

示例

在下面的示例中，我們將不同的機率值和列表作為引數傳遞給 **choice()** 函式，並根據指定的機率獲取元素。

import numpy as np
list = [10,12,4,5,98]
probabilities = [0.1, 0.2, 0.3, 0.2, 0.2]
arr = np.random.choice(list, size=8, p=probabilities)
print("The array created with the defined probability of elements:", arr)  

輸出

The array created with the defined probability of elements: [10  4  5 10 98 12  4 12]

示例

以下是另一個示例，它使用 numpy 庫的 **choice()** 函式建立具有指定元素列表和機率列表的二維陣列。

import numpy as np
lst = [1,0,12,4,5,98,34]
probabilities = [0.1, 0.1, 0.2, 0.2, 0.2,0.1,0.1]
arr = np.random.choice(lst, size=8, p=probabilities)
print("The array created with the defined probability of elements:",arr)  

輸出

The array created with the defined probability of elements: [[ 0]
 [ 5]
 [ 5]
 [ 4]
 [12]
 [ 4]
 [34]]

使用 random.multinomial() 函式

random 模組中提供的另一個函式是 **multinomial()** 函式，該函式根據定義的試驗次數和機率生成多項分佈的元素。

語法

以下是 **multinomial()** 函式的語法。

numpy.random.multinomial(n, pvals, size=None)

其中，

• **numpy** 是庫。

• **random** 是 numpy 中的模組。

• **multinomial** 是獲取具有定義機率的多項分佈元素的函式。

• **size** 是具有定義的行數和列數的陣列大小。

• **n** 是試驗次數。

• **pvals** 是機率。

示例

在下面的示例中，我們透過將試驗次數、機率列表和陣列大小作為輸入引數傳遞給 **multinomial()** 函式，建立一個 **1-d** 陣列。然後將根據多項分佈元素的定義機率建立陣列。

import numpy as np
probabilities = [0.1, 0.2, 0.3, 0.2, 0.2]
arr = np.random.multinomial(5, probabilities)
print("The array created with the defined probability of elements:",arr)  

輸出

The array created with the defined probability of elements: [0 1 1 3 0]

示例

以下是另一個示例，它根據定義的機率建立具有多項分佈元素的二維陣列。

import numpy as np
probabilities = [0.1, 0.2, 0.3, 0.2, 0.2]
arr = np.random.multinomial(5, probabilities,size = (2))
print("The array created with the defined probability of elements:",arr)  

輸出

The array created with the defined probability of elements: [[1 0 2 2 0]
 [0 1 1 2 1]]

使用 random.default_rng().choice() 函式

此函式用於生成具有隨機選擇的元素的陣列，並使用定義的已提及機率列表。此函式僅在 1.17 或更高版本的 Numpy 中可用。

示例

以下是使用此函式生成一維陣列的示例。

import numpy as np
rng = np.random.default_rng()
elements = [1, 2, 3, 4,10,3,4]
arr = rng.choice(elements, p=[0.1, 0.1, 0.2, 0.3,0.1,0.1,0.1],size = 10)
print("The array created with the defined probability of elements:",arr)  

輸出

以下是用於建立一維陣列的 **random.default_rng().choice()** 的輸出

The array created with the defined probability of elements: [3 3 4 4 1 4 4 3 4 4]

示例

讓我們再看一個使用 random 模組的 **random.default_rng().choice()** 函式根據定義的機率建立二維陣列的示例。

import numpy as np
rng = np.random.default_rng()
elements = [23,43,42,5,78,90]
arr = rng.choice(elements, p=[0.1, 0.2, 0.2, 0.3,0.1,0.1],size = (5,5))
print("The array created with the defined probability of elements:",arr)  

輸出

The array created with the defined probability of elements: [[ 5 78 78 90 43]
 [ 5 78  5 43 78]
 [42  5 42  5 90]
 [ 5 43  5 43 23]
 [78 42  5  5 78]]