如何使用 NumPy 从列表中选择具有不同概率的元素？

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使用 numpy 库有多种方法可以从列表中选择具有不同概率的元素。

在 Python 中，NumPy 库提供了一个名为 **random** 的模块，其中包含多个函数，例如 **choice()**、**multinomial()** 等，用于根据不同概率从数组中选择元素。列表中定义的所有概率值的总和应等于 1。让我们逐一查看每种方法。

使用 random.choice() 函数

random 模块提供了 **choice()** 函数，该函数用于根据指定的概率分布从给定的 **1-d** 数组中计算随机样本。以下是使用 **choice()** 函数的语法。

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

其中，

• **numpy** 是库。

• **random** 是 numpy 中的模块。

• **choice** 是获取具有定义概率的元素的函数

• **size** 是具有定义的行数和列数的数组大小。

• **list** 是元素列表。

• **p** 是概率

示例

在下面的示例中，我们将不同的概率值和列表作为参数传递给 **choice()** 函数，并根据指定的概率获取元素。

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)  

输出

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

示例

以下是另一个示例，它使用 numpy 库的 **choice()** 函数创建具有指定元素列表和概率列表的二维数组。

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)  

输出

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

使用 random.multinomial() 函数

random 模块中提供的另一个函数是 **multinomial()** 函数，该函数根据定义的试验次数和概率生成多项分布的元素。

语法

以下是 **multinomial()** 函数的语法。

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

其中，

• **numpy** 是库。

• **random** 是 numpy 中的模块。

• **multinomial** 是获取具有定义概率的多项分布元素的函数。

• **size** 是具有定义的行数和列数的数组大小。

• **n** 是试验次数。

• **pvals** 是概率。

示例

在下面的示例中，我们通过将试验次数、概率列表和数组大小作为输入参数传递给 **multinomial()** 函数，创建一个 **1-d** 数组。然后将根据多项分布元素的定义概率创建数组。

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)  

输出

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

示例

以下是另一个示例，它根据定义的概率创建具有多项分布元素的二维数组。

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)  

输出

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() 函数

此函数用于生成具有随机选择的元素的数组，并使用定义的已提及概率列表。此函数仅在 1.17 或更高版本的 Numpy 中可用。

示例

以下是使用此函数生成一维数组的示例。

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)  

输出

以下是用于创建一维数组的 **random.default_rng().choice()** 的输出

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

示例

让我们再看一个使用 random 模块的 **random.default_rng().choice()** 函数根据定义的概率创建二维数组的示例。

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)  

输出

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]]